osi modell presentationslager. OSI nätverksmodell. Beskrivning av nätverksmodellens nivåer

Bara för att ett protokoll är ett avtal som antagits av två interagerande enheter, i detta fall två datorer som arbetar på ett nätverk, betyder det inte att det nödvändigtvis är standard. Men i praktiken, när de implementerar nätverk, använder de vanligtvis standardprotokoll. Dessa kan vara märkta, nationella eller internationella standarder.

I början av 80-talet utvecklade ett antal internationella standardiseringsorganisationer - ISO, ITU-T och några andra - en modell som spelade en betydande roll i utvecklingen av nätverk. Denna modell kallas ISO/OSI-modellen.

Öppna systeminteroperabilitetsmodell (Open System Interconnection, OSI) definierar olika nivåer av interaktion mellan system i paketväxlingsnätverk, ger dem standardnamn och anger vilka funktioner varje lager ska utföra.

OSI-modellen utvecklades utifrån omfattande erfarenheter från att skapa datornätverk, främst globala, på 70-talet. En fullständig beskrivning av denna modell tar upp mer än 1000 sidor text.

I OSI-modellen (Fig. 11.6) är kommunikationsmedel indelade i sju nivåer: applikation, representativ, session, transport, nätverk, kanal och fysisk. Varje lager behandlar en specifik aspekt av nätverksenhetsinteraktion.

Ris. 11.6.

OSI-modellen beskriver endast systemkommunikationen som implementeras av operativsystemet, systemverktyg och hårdvara. Modellen inkluderar inte medel för slutanvändarapplikationsinteraktion. Applikationer implementerar sina egna kommunikationsprotokoll genom att komma åt systemverktyg. Därför är det nödvändigt att skilja mellan nivån av interaktion mellan applikationer och applikationslager.

Man bör också komma ihåg att applikationen kan ta över funktionerna för några av de övre lagren i OSI-modellen. Till exempel har vissa DBMS inbyggda verktyg Fjärranslutning till filer. I det här fallet använder inte programmet systemfiltjänsten vid åtkomst till fjärrresurser; den kringgår de övre skikten av OSI-modellen och kommer direkt åt de systemfaciliteter som ansvarar för transport meddelanden över nätverket, som finns på de lägre nivåerna av OSI-modellen.

Så låt oss säga att en applikation gör en begäran till ett applikationslager, till exempel en filtjänst. Baserat på denna begäran genererar programvaran på applikationsnivå ett meddelande i standardformat. Ett typiskt meddelande består av en rubrik och ett datafält. Rubriken innehåller tjänstinformation som måste skickas genom nätverket till applikationslagret på destinationsmaskinen för att tala om vilket arbete som behöver utföras. I vårt fall måste rubriken uppenbarligen innehålla information om var filen finns och vilken typ av operation som behöver utföras. Meddelandedatafältet kan vara tomt eller innehålla vissa data, till exempel data som måste skrivas till en fjärrkontroll . Men för att kunna leverera denna information till sin destination finns det fortfarande många uppgifter att lösa, vars ansvar ligger på lägre nivåer.

Efter att ha genererat meddelandet applikationslager skickar ner den i högen representativ nivå. Protokoll representativ nivå baserat på information mottagen från applikationsnivåhuvudet, utför de nödvändiga åtgärderna och lägger till sin egen tjänstinformation till meddelandet - header representativ nivå, som innehåller instruktioner för protokollet representativ nivå destinationsmaskin. Det resulterande meddelandet skickas vidare sessionsnivå, som i sin tur lägger till sin rubrik etc. (Vissa protokoll placerar tjänsteinformation inte bara i början av meddelandet i form av en header, utan även i slutet, i form av en så kallad "trailer".) Slutligen når meddelandet botten, fysisk nivå , som i själva verket överför den via kommunikationslinjer till mottagarmaskinen. Vid denna tidpunkt är meddelandet "övervuxet" med rubriker på alla nivåer (

Modell Open Systems Interconnection (OSI)är skelettet, grunden och basen för alla nätverksenheter. Modellen definierar nätverksprotokoll och distribuerar dem i 7 logiska lager. Det är viktigt att notera att i vilken process som helst rör sig nätverksöverföringskontrollen från lager till lager, och sekventiellt ansluter protokoll vid varje lager.

Video: OSI-modell på 7 minuter

De lägre skikten är ansvariga för fysiska överföringsparametrar, såsom elektriska signaler. Ja - ja, signaler i ledningar överförs med hjälp av representation till strömmar :) Strömmar representeras som en sekvens av ettor och nollor (1:or och 0:or), sedan avkodas data och dirigeras över nätverket. Högre nivåer täcker frågor relaterade till datapresentation. Relativt sett är högre lager ansvariga för nätverksdata ur användarens synvinkel.

OSI-modellen myntades ursprungligen som standardmetoden, en arkitektur eller ett mönster som skulle beskriva nätverksinteraktionen för alla nätverksapplikationer. Låt oss ta en närmare titt, ska vi?

#01: Fysiskt lager

På första nivån OSI-modeller fysiska signaler (strömmar, ljus, radio) sänds från källa till mottagare. På den här nivån arbetar vi med kablar, kontakter i kontakter, kodning av ettor och nollor, modulering och så vidare.

Bland de teknologier som lever på den första nivån kan vi lyfta fram den mest grundläggande standarden - Ethernet. Det finns nu i varje hem.

Observera att inte bara elektriska strömmar. Radiofrekvenser, ljus eller infraröda vågor används också överallt i moderna nätverk.

Nätverksenheter som tillhör den första nivån är hubbar och repeatrar - det vill säga "dumma" hårdvara som helt enkelt kan arbeta med en fysisk signal utan att fördjupa sig i dess logik (utan avkodning).

#02: Datalänknivå

Föreställ dig, vi fick en fysisk signal från första nivån - fysisk. Detta är en uppsättning spänningar med olika amplituder, vågor eller radiofrekvenser. Vid mottagandet kontrollerar och korrigerar den andra nivån överföringsfel. På den andra nivån arbetar vi med konceptet ”ram”, eller som man också säger ”ram”. Här visas de första identifierarna - MAC-adresser. De består av 48 bitar och ser ut ungefär så här: 00:16:52:00:1f:03.

Länkskiktet är komplext. Därför är den konventionellt uppdelad i två undernivåer: logisk kanalkontroll (LLC, Logical Link Control) och mediaåtkomstkontroll (MAC, Media Access Control).

Enheter som växlar och broar lever på denna nivå. Förresten! Ethernet-standarden finns också här. Den är bekvämt placerad på första och andra (1 och 2) nivåerna i OSI-modellen.

#03: Nätverkslager

Låt oss gå upp! Nätverkslagret introducerar termen "routing" och följaktligen IP-adressen. Förresten, för att konvertera IP-adresser till MAC-adresser och tillbaka, används den ARP-protokoll.

Det är på denna nivå som trafikdirigering sker som sådan. Om vi ​​vill gå till sidan hemsida, sedan skickar vi, får ett svar i form av en IP-adress och ersätter den i paketet. Ja - ja, om vi på den andra nivån använder termen ram/ram, som vi sa tidigare, så använder vi här ett paket.

Av enheterna bor Hans Majestät Routern här :)

Processen när data överförs från övre skikt till lägre kallas inkapsling data, och när tvärtom, uppåt, från den första, fysiska till den sjunde, kallas denna process avkapsling data

#04: Transportlager

Transportskiktet, som namnet antyder, tillhandahåller dataöverföring över nätverket. Det finns två huvudsakliga rockstjärnor här - TCP och UDP. Skillnaden är att olika transporter används för olika trafikkategorier. Principen är denna:

• Trafiken är känslig för förluster- inga problem, TCP (Transmission Control Protocol)! Det ger kontroll över dataöverföring;
• Vi kommer att förlora lite - ingen stor sak- faktiskt, nu när du läser den här artikeln kan ett par paket ha gått förlorade. Men detta känns inte för dig som användare. UDP (User Datagram Protocol) är bra för dig. Tänk om det var telefoni? Förlusten av paket där är avgörande, eftersom rösten i realtid helt enkelt kommer att börja "kräkta";

#05: Sessionslager

Be vilken nätverksingenjör som helst att förklara sessionslagret för dig. Det kommer att bli svårt för honom att göra detta, infa 100%. Faktum är att i det dagliga arbetet interagerar en nätverksingenjör med de fyra första lagren - fysiskt, kanal, nätverk och transport. Resten, eller de så kallade "övre" nivåerna, relaterar mer till mjukvaruutvecklares arbete :) Men vi ska försöka!

Sessionslagret är ansvarigt för att hantera anslutningar, eller enkelt uttryckt, sessioner. Han sliter isär dem. Kom ihåg memet om " DET VAR INTE EN ENDA rast"? Vi kommer ihåg. Så det här är den femte nivån som testas :)

#06 Presentationslager

På den sjätte nivån sker konvertering av meddelandeformat, såsom kodning eller komprimering. Här bor till exempel JPEG och GIF. Nivån är också ansvarig för att överföra strömmen till det fjärde (transportskiktet).

#07 Applikationsnivå

På sjunde våningen, på toppen av isberget, bor appliceringsskiktet! Här finns nätverkstjänster som gör att vi som slutanvändare kan surfa på Internet. Titta, vilket protokoll använder du för att öppna vår kunskapsbas? Det stämmer, HTTPS. Den här killen är från sjunde våningen. Enkel HTTP, FTP och SMTP lever också här.

Var den här artikeln användbar för dig?

Snälla, berätta varför?

Vi beklagar att artikeln inte var användbar för dig: (Snälla, om det inte är svårt, ange varför? Vi kommer att vara mycket tacksamma för ett detaljerat svar. Tack för att du hjälper oss att bli bättre!

Inom nätverksvetenskap, som inom alla andra kunskapsområden, finns det två grundläggande tillvägagångssätt för lärande: rörelse från det allmänna till det specifika och vice versa. Tja, det är inte så att människor i livet använder dessa tillvägagångssätt i sin rena form, men ändå, i de inledande stadierna, väljer varje student själv en av de ovan nämnda riktningarna. För högre utbildning (åtminstone den (efter)sovjetiska modellen) är den första metoden mer typisk, för självutbildning oftast den andra: en person arbetade på nätverket och löste små administrativa uppgifter för en användare då och då, och plötsligt ville han ta reda på hur, egentligen, hur fungerar all den här skiten?

Men syftet med denna artikel är inte filosofiska diskussioner om undervisningsmetodik. Jag skulle vilja uppmärksamma nybörjare på detta allmän och viktigast av allt, från vilken du, som från en spis, kan dansa till de mest sofistikerade privata butikerna. Genom att förstå OSI-modellen med sju lager och lära dig att "känna igen" dess lager i de teknologier du redan känner till, kan du enkelt gå vidare i vilken riktning som helst av nätverksbranschen du väljer. OSI-modellen är det ramverk på vilket all ny kunskap om nätverk kommer att hängas upp.

Denna modell nämns på ett eller annat sätt i nästan all modern litteratur om nätverk, såväl som i många specifikationer av specifika protokoll och teknologier. Eftersom jag inte kände behovet av att uppfinna hjulet på nytt bestämde jag mig för att publicera utdrag ur N. Olifers, V. Olifers arbete (Center Informationsteknik) med titeln "Rollen för kommunikationsprotokoll och det funktionella syftet med huvudtyperna av utrustning i företagsnätverk", som jag anser är den bästa och mest omfattande publikationen om detta ämne.

chefsredaktör

modell

Bara för att ett protokoll är ett avtal mellan två interagerande enheter, i det här fallet två datorer som arbetar i ett nätverk, betyder det inte att det nödvändigtvis är en standard. Men i praktiken, när de implementerar nätverk, tenderar de att använda standardprotokoll. Dessa kan vara proprietära, nationella eller internationella standarder.

International Standards Organization (ISO) har utvecklat en modell som tydligt definierar de olika nivåerna av interaktion mellan systemen, ger dem standardnamn och anger vilket arbete varje nivå ska utföra. Denna modell kallas Open System Interconnection (OSI)-modellen eller ISO/OSI-modellen.

I OSI-modellen är kommunikationen uppdelad i sju lager eller lager (Figur 1.1). Varje nivå handlar om en specifik aspekt av interaktion. Således är interaktionsproblemet uppdelat i 7 specifika problem, som vart och ett kan lösas oberoende av de andra. Varje lager upprätthåller gränssnitt med lagren ovanför och under.

Ris. 1.1. ISO/OSI Open Systems Interconnection Model

OSI-modellen beskriver endast systemkommunikation, inte slutanvändarapplikationer. Applikationer implementerar sina egna kommunikationsprotokoll genom att komma åt systemfaciliteter. Man bör komma ihåg att applikationen kan ta över funktionerna för några av de övre skikten av OSI-modellen, i vilket fall, om nödvändigt, internetarbete den direkt åtkomst till systemverktygen som utför funktionerna i de återstående nedre skikten av OSI-modell.

En slutanvändarapplikation kan använda systeminteraktionsverktyg inte bara för att organisera en dialog med en annan applikation som körs på en annan dator, utan också för att helt enkelt ta emot tjänsterna från en viss nätverkstjänst, till exempel att komma åt fjärrfiler, ta emot e-post eller skriva ut på en delad skrivare.

Så låt oss säga att en applikation gör en begäran till ett applikationslager, till exempel en filtjänst. Baserat på denna begäran genererar programvaran på applikationsnivå ett meddelande i standardformat, som innehåller tjänsteinformation (huvud) och eventuellt överförd data. Detta meddelande vidarebefordras sedan till representantnivån. Presentationslagret lägger till sin rubrik i meddelandet och skickar resultatet ner till sessionslagret, som i sin tur lägger till sin rubrik, och så vidare. Vissa protokollimplementeringar ger att meddelandet inte bara innehåller en rubrik utan även en trailer. Slutligen når meddelandet det lägsta, fysiska lagret, som faktiskt överför det längs kommunikationslinjerna.

När ett meddelande kommer till en annan maskin över nätverket, flyttas det upp sekventiellt från nivå till nivå. Varje nivå analyserar, bearbetar och tar bort rubriken på sin nivå, utför funktioner som motsvarar denna nivå och skickar meddelandet till den högre nivån.

Utöver termen meddelande finns det andra namn som används av nätverksspecialister för att beteckna en enhet för datautbyte. ISO-standarder för protokoll på alla nivåer använder termen "protokolldataenhet" - Protocol Data Unit (PDU). Dessutom används ofta namnen frame, paket och datagram.

ISO/OSI modelllagerfunktioner

Fysiskt lager: Detta lager hanterar överföringen av bitar över fysiska kanaler som koaxialkabel, tvinnad parkabel eller fiberoptisk kabel. Denna nivå är relaterad till egenskaperna hos fysiska dataöverföringsmedier, såsom bandbredd, brusimmunitet, karakteristisk impedans och andra. På samma nivå bestäms egenskaperna hos elektriska signaler, såsom krav på pulskanter, spännings- eller strömnivåer för den överförda signalen, typ av kodning, signalöverföringshastighet. Dessutom standardiseras här kontakttyperna och syftet med varje kontakt.

Fysiska lagerfunktioner implementeras i alla enheter som är anslutna till nätverket. På datorsidan utförs de fysiska lagerfunktionerna av nätverksadaptern eller serieporten.

Ett exempel på ett fysiskt lagerprotokoll är 10Base-T Ethernet-teknikspecifikationen, som definierar kabeln som används som ett kategori 3 oskärmat tvinnat par med en karakteristisk impedans på 100 ohm, en RJ-45-kontakt, maximal längd fysiskt segment på 100 meter, Manchester-kod för att representera data på kabeln och andra egenskaper hos miljön och elektriska signaler.

Data Link Layer: Det fysiska lagret överför helt enkelt bitar. Detta tar inte hänsyn till att i vissa nätverk där kommunikationslinjer används (delas) omväxlande av flera par av interagerande datorer, kan det fysiska överföringsmediet vara upptaget. Därför är en av länkskiktets uppgifter att kontrollera tillgängligheten för överföringsmediet. En annan uppgift för länkskiktet är att implementera feldetekterings- och korrigeringsmekanismer. För att göra detta, vid datalänklagret, grupperas bitar i uppsättningar som kallas ramar. Länklagret säkerställer att varje ram sänds korrekt genom att placera en speciell sekvens av bitar i början och slutet av varje ram för att markera den, och beräknar även en kontrollsumma genom att summera alla bytes i ramen på ett visst sätt och lägga till kontrollsumman till ramen. När ramen anländer, beräknar mottagaren återigen kontrollsumman för mottagen data och jämför resultatet med kontrollsumman från ramen. Om de matchar anses ramen vara korrekt och accepterad. Om kontrollsummorna inte stämmer överens registreras ett fel.

I länklagerprotokoll som används i lokala nätverk, fastställs en viss struktur av kopplingar mellan datorer och metoder för att adressera dem. Även om datalänklagret tillhandahåller ramleverans mellan två valfria noder i ett lokalt nätverk, gör det detta endast i ett nätverk med en mycket specifik anslutningstopologi, exakt den topologi som den designades för. Typiska topologier som stöds av LAN-länklagerprotokoll inkluderar delad buss, ring och stjärna. Exempel på länklagerprotokoll är Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

I lokala nätverk används länklagerprotokoll av datorer, bryggor, switchar och routrar. I datorer implementeras länklagerfunktioner genom gemensamma ansträngningar av nätverkskort och deras drivrutiner.

I globala nätverk, som sällan har en vanlig topologi, säkerställer datalänkslagret utbyte av meddelanden mellan två angränsande datorer anslutna via en individuell kommunikationslinje. Exempel på punkt-till-punkt-protokoll (som sådana protokoll ofta kallas) är de allmänt använda PPP- och LAP-B-protokollen.

Nätnivå Denna nivå tjänar till att bilda ett enhetligt transportsystem som förenar flera nätverk med olika principer för att överföra information mellan ändnoder. Låt oss titta på funktionerna i nätverkslagret med hjälp av lokala nätverk som ett exempel. Det lokala nätverkets länklagerprotokoll säkerställer leverans av data mellan alla noder endast i ett nätverk med lämpligt typisk topologi. Detta är en mycket strikt begränsning som inte tillåter att bygga nätverk med en utvecklad struktur, till exempel nätverk som kombinerar flera företagsnätverk till ett enda nätverk, eller mycket tillförlitliga nätverk där det finns redundanta anslutningar mellan noder. För att å ena sidan bibehålla enkelheten i dataöverföringsprocedurer för standardtopologier, och å andra sidan för att tillåta användningen av godtyckliga topologier, används ett ytterligare nätverksskikt. På denna nivå introduceras begreppet "nätverk". I detta fall förstås ett nätverk som en samling datorer anslutna till varandra i enlighet med en av de typiska standardtopologierna och som använder ett av länkskiktsprotokollen definierade för denna topologi för att överföra data.

Sålunda, inom nätverket, regleras dataleverans av datalänklagret, men dataleverans mellan nätverk hanteras av nätverkslagret.

Nätverkslagermeddelanden kallas vanligtvis paket. Vid organisering av paketleverans på nätverksnivå används konceptet "nätverksnummer". I detta fall består mottagarens adress av nätverksnumret och datornumret på detta nätverk.

Nätverk är anslutna till varandra med speciella enheter som kallas routrar. Routerär en enhet som samlar in information om topologin för internetanslutningar och, baserat på den, vidarebefordrar nätverkslagerpaket till destinationsnätverket. För att kunna överföra ett meddelande från en avsändare som finns på ett nätverk till en mottagare på ett annat nätverk, måste du göra ett antal transitöverföringar (hopp) mellan nätverk, varje gång du väljer lämplig rutt. Således är en rutt en sekvens av routrar genom vilka ett paket passerar.

Problemet med att välja den bästa vägen kallas routing och dess lösning är huvuduppgiften för nätverksnivån. Detta problem kompliceras av det faktum att den kortaste vägen inte alltid är den bästa. Ofta är kriteriet för att välja en rutt tidpunkten för dataöverföring längs denna rutt, det beror på kommunikationskanalernas kapacitet och trafikintensitet, som kan förändras över tiden. Vissa routingalgoritmer försöker anpassa sig till förändringar i belastning, medan andra fattar beslut baserat på långsiktiga medelvärden. Rutten kan väljas utifrån andra kriterier, till exempel överföringssäkerhet.

På nätverksnivå definieras två typer av protokoll. Den första typen avser definitionen av regler för överföring av ändnodsdatapaket från noden till routern och mellan routrar. Det här är de protokoll som vanligtvis menas när man pratar om nätverkslagerprotokoll. Nätverkslagret innehåller också en annan typ av protokoll som kallas protokoll för routing av informationsutbyte. Med hjälp av dessa protokoll samlar routrar in information om topologin för internetanslutningar. Nätverkslagerprotokoll implementeras av, såväl som routermjukvara och hårdvara.

Exempel på nätverkslagerprotokoll är TCP/IP stack IP Internetwork Protocol och Novell IPX stack Internetwork Protocol.

Transportlager: På vägen från avsändaren till mottagaren kan paket skadas eller gå förlorade. Medan vissa applikationer har sin egen felhantering, finns det andra som föredrar att ta itu med en pålitlig anslutning direkt. Transportskiktets uppgift är att säkerställa att applikationer eller de övre skikten av stacken - applikation och session - överför data med den grad av tillförlitlighet som de kräver. OSI-modellen definierar fem klasser av tjänster som tillhandahålls av transportskiktet. Dessa typer av tjänster kännetecknas av kvaliteten på de tjänster som tillhandahålls: brådskande, förmågan att återställa avbruten kommunikation, tillgången på medel för multiplexering av flera anslutningar mellan olika applikationsprotokoll genom ett gemensamt transportprotokoll, och viktigast av allt, förmågan att upptäcka och korrigera överföringsfel, såsom förvrängning, förlust och duplicering av paket.

Valet av transportlagerserviceklass bestäms å ena sidan av i vilken utsträckning problemet med att säkerställa tillförlitlighet löses av applikationer och protokoll på högre nivåer än transportnivån, och å andra sidan beror detta val på hur tillförlitligt hela datatransportsystemet är online. Så, till exempel, om kvaliteten på kommunikationskanalerna är mycket hög och sannolikheten för fel som inte upptäcks av protokoll på lägre nivå är liten, är det rimligt att använda en av de lätta transportlagertjänsterna som inte belastas med många kontroller , handskakning och andra tekniker för att öka tillförlitligheten. Om fordonär till en början mycket opålitliga, då är det lämpligt att vända sig till den mest utvecklade transportnivåtjänsten, som fungerar med maximala medel för att upptäcka och eliminera fel - genom att först upprätta en logisk anslutning, övervaka meddelandeleverans med kontrollsummor och cyklisk numrering av paket, inställning av leveranstidsgränser, etc.

Som regel implementeras alla protokoll, från och med transportlagret programvaraändnoder i nätverket - komponenter i deras nätverksoperativsystem. Exempel på transportprotokoll inkluderar TCP- och UDP-protokollen för TCP/IP-stacken och SPX-protokollet för Novell-stacken.

Sessionslager: Sessionslagret tillhandahåller konversationshantering för att spela in vilken part som för närvarande är aktiv och tillhandahåller även synkroniseringsmöjligheter. De senare låter dig infoga checkpoints i långa överföringar så att du i händelse av misslyckande kan gå tillbaka till den sista checkpointen, istället för att börja om från början. I praktiken är det få applikationer som använder sessionslagret, och det implementeras sällan.

Presentationslager: Detta lager ger en garanti för att information som förmedlas av applikationslagret kommer att förstås av applikationslagret i ett annat system. Vid behov konverterar presentationslagret dataformat till något vanligt presentationsformat, och vid receptionen utförs följaktligen den omvända omvandlingen. På så sätt kan applikationslager övervinna till exempel syntaktiska skillnader i datarepresentation. På denna nivå kan kryptering och dekryptering av data utföras, tack vare vilket sekretessen för datautbyte säkerställs för alla applikationstjänster på en gång. Ett exempel på ett protokoll som fungerar i presentationslagret är Secure Socket Layer (SSL)-protokollet, som tillhandahåller säker meddelandehantering för applikationslagerprotokollen i TCP/IP-stacken.

Applikationsskiktet Applikationsskiktet är egentligen bara en uppsättning av olika protokoll med vilka nätverksanvändare får tillgång till delade resurser som filer, skrivare eller hypertextwebbsidor, och även organiserar sitt samarbete, till exempel med hjälp av protokollet E-post. Den dataenhet som applikationslagret arbetar på kallas vanligtvis meddelande .

Det finns ett mycket brett utbud av applikationslagerprotokoll. Låt oss ge som exempel åtminstone några av de vanligaste implementeringarna av filtjänster: NCP i operativsystemet Novell NetWare, SMB i Microsoft Windows NT, NFS, FTP och TFTP ingår i TCP/IP-stacken.

OSI-modellen, även om den är mycket viktig, är bara en av många kommunikationsmodeller. Dessa modeller och deras tillhörande protokollstackar kan skilja sig åt i antal lager, deras funktioner, meddelandeformat, tjänster som tillhandahålls i de övre lagren och andra parametrar.

Egenskaper för populära kommunikationsprotokollstackar

Så, interaktionen mellan datorer i nätverk sker i enlighet med vissa regler för utbyte av meddelanden och deras format, det vill säga i enlighet med vissa protokoll. En hierarkiskt organiserad uppsättning protokoll, lösa problemet interaktion mellan nätverksnoder kallas en kommunikationsprotokollstack.

Det finns många protokollstackar som används ofta i nätverk. Dessa är stackar som är internationella och nationella standarder, och proprietära stackar som har blivit utbredda på grund av förekomsten av utrustning från ett visst företag. Exempel på populära protokollstackar inkluderar Novells IPX/SPX-stack, TCP/IP-stacken som används i Internetnätverk och i många operativa nätverk UNIX-system, OSI-stack från International Organization for Standardization, DECnet-stack från Digital Equipment Corporation och några andra.

Användningen av en speciell kommunikationsprotokollstack i ett nätverk avgör till stor del nätverkets ansikte och dess egenskaper. Mindre nätverk får bara använda en stack. I stora företagsnätverk ansluter olika nätverk, som regel används flera stackar parallellt.

Kommunikationsutrustning implementerar lägre lagerprotokoll som är mer standardiserade än högre lagerprotokoll, och detta är en förutsättning för framgångsrik samarbete utrustning från olika tillverkare. Listan över protokoll som stöds av en viss kommunikationsenhet är en av de viktigaste egenskaperna hos denna enhet.

Datorer implementerar kommunikationsprotokoll i form av motsvarande mjukvaruelement i ett nätverksoperativsystem, till exempel implementeras länknivåprotokoll vanligtvis i form av nätverksadapterdrivrutiner och överordnade protokoll implementeras i form av server- och klientkomponenter av nätverkstjänster.

Förmågan att fungera bra i en viss operativsystemmiljö är en viktig egenskap hos kommunikationsutrustning. Du kan ofta läsa i annonser för en nätverksadapter eller hubb att den utformades specifikt för att fungera på ett NetWare- eller UNIX-nätverk. Detta innebär att hårdvaruutvecklarna har optimerat dess egenskaper för de protokoll som används i det nätverksoperativsystemet, eller för en given version av deras implementering om dessa protokoll används i olika operativsystem. På grund av särdragen med implementeringen av protokoll i olika operativsystem är en av egenskaperna hos kommunikationsutrustning dess certifiering för förmågan att arbeta i miljön för ett givet operativsystem.

På de lägre nivåerna - fysisk och datalänk - använder nästan alla stackar samma protokoll. Dessa är välstandardiserade protokoll: Ethernet, Token Ring, FDDI och några andra, som gör att samma utrustning kan användas i alla nätverk.

Nätverksprotokollen och protokollen för högre skikt i befintliga standardstackar är mycket varierande och överensstämmer i allmänhet inte med skiktningen som rekommenderas av ISO-modellen. Särskilt i dessa stackar kombineras sessions- och presentationslagerfunktioner oftast med applikationslagret. Denna avvikelse beror på det faktum att ISO-modellen dök upp som ett resultat av en generalisering av redan befintliga och faktiskt använda stackar, och inte vice versa.

OSI stack

En skillnad måste göras mellan OSI-protokollstacken och OSI-modellen. Medan OSI-modellen konceptuellt definierar förfarandet för interaktion mellan öppna system, delar upp uppgiften i 7 lager, standardiserar syftet med varje lager och introducerar standardnamn för lagren, är OSI-stacken en uppsättning mycket specifika protokollspecifikationer som bildar en konsekvent protokollstack. Denna protokollstack stöds av den amerikanska regeringen i dess GOSIP-program. Allt dator nätverk Statliga installationer efter 1990 måste antingen direkt stödja OSI-stacken eller tillhandahålla ett sätt att migrera till den stacken i framtiden. OSI-stacken är dock mer populär i Europa än i USA, eftersom Europa har färre äldre nätverk installerade som använder sina egna protokoll. Det finns också ett stort behov av en gemensam stack i Europa, eftersom det finns så många olika länder.

Detta är en internationell, tillverkaroberoende standard. Det kan möjliggöra samarbete mellan företag, partners och leverantörer. Denna interaktion kompliceras av att ta itu med, namnge och datasäkerhetsproblem. Alla dessa problem är delvis lösta i OSI-stacken. OSI-protokoll kräver mycket datorkraft central processor, vilket gör dem mer lämpade för kraftfulla maskiner snarare än nätverk personliga datorer. De flesta organisationer planerar bara övergången till OSI-stacken. Bland dem som arbetar i denna riktning finns US Navy Department och NFSNET-nätverket. En av de största tillverkarna som stöder OSI är AT&T. Dess Stargroup-nätverk är helt baserat på OSI-stacken.

Av uppenbara skäl överensstämmer OSI-stacken, till skillnad från andra standardstackar, helt med OSI-sammankopplingsmodellen; den inkluderar specifikationer för alla sju lager av sammankopplingsmodellen för öppna system (Figur 1.3).

Ris. 1.3. OSI stack

På OSI-stacken stöder Ethernet, Token Ring, FDDI-protokoll samt LLC, X.25 och ISDN-protokoll. Dessa protokoll kommer att diskuteras i detalj i andra avsnitt av manualen.

Tjänster nätverk, transport och session nivåer finns också i OSI-stacken, men de är inte särskilt vanliga. Nätverkslagret implementerar både anslutningslösa och anslutningsbaserade protokoll. OSI-stacktransportprotokollet, i överensstämmelse med de funktioner som definieras för det i OSI-modellen, döljer skillnaderna mellan anslutningsorienterade och anslutningslösa nätverkstjänster så att användarna får den önskade tjänstekvaliteten oavsett det underliggande nätverkslagret. För att tillhandahålla detta kräver transportskiktet att användaren specificerar den önskade tjänstekvaliteten. 5 klasser av transporttjänster har definierats, från lägsta klass 0 till högsta klass 4, som skiljer sig åt i graden av feltolerans och krav på dataåterställning efter fel.

Tjänster applikationsnivå inkluderar filöverföring, terminalemulering, katalogtjänster och e-post. Av dessa är de mest lovande katalogtjänster (X.500-standard), elektronisk post (X.400), virtuellt terminalprotokoll (VT), protokoll för filöverföring, åtkomst och hantering (FTAM), vidarebefordran och jobbhanteringsprotokoll (JTM) . Nyligen har ISO koncentrerat sina ansträngningar på tjänster på toppnivå.

X.400-rekommendationerna definierar följande minsta nödvändiga uppsättning tjänster som ska tillhandahållas användare: åtkomstkontroll, underhåll av unika systemmeddelandeidentifierare, meddelandeleverans eller meddelande om utebliven leverans med anledning, indikering av meddelandeinnehållstyp, indikering av meddelandeinnehållskonvertering, överföring och leveranstidsstämplar, val av leveranskategori (brådskande, icke-brådskande, normal), multicast-leverans, försenad leverans (upp till en specifik tidpunkt), omvandling av innehåll till gränssnitt med inkompatibla postsystem som telex- och faxtjänster, fråga om ett specifikt meddelande levererades, e-postlistor, som kan ha en kapslad struktur, medel för att skydda meddelanden från obehörig åtkomst, baserat på ett asymmetriskt kryptosystem med publik nyckel.

Syftet med rekommendationerna X.500är utvecklingen av globala standarder kundtjänst. Processen att leverera ett meddelande kräver kunskap om mottagarens adress, vilket är ett problem i stora nätverk, så det är nödvändigt att ha en helpdesk som hjälper till att få fram adresser till avsändare och mottagare. I allmänhet är en X.500-tjänst en distribuerad databas med namn och adresser. Alla användare kan eventuellt logga in i den här databasen med en specifik uppsättning attribut.

Följande operationer definieras i namn- och adressdatabasen:

• läsa - få en adress med ett känt namn,
• begäran - få ett namn baserat på kända adressattribut,
• ändring som innebär att ta bort och lägga till poster i en databas.

De största utmaningarna med att implementera X.500-rekommendationerna härrör från omfattningen av detta projekt, som utger sig för att vara en världsomspännande referenstjänst. Därför är programvara som implementerar X.500-rekommendationer mycket besvärlig och ställer höga krav på hårdvarans prestanda.

Protokoll VT löser problemet med inkompatibilitet mellan olika terminalemuleringsprotokoll. För närvarande måste en användare av en persondator som är kompatibel med en IBM PC köpa tre olika program för terminalemulering olika typer och använda olika protokoll. Om varje värddator hade ISO-terminalemuleringsprotokollmjukvara, skulle användaren bara behöva ett program som stödde VT-protokollet. I sin standard har ISO samlat mycket använda terminalemuleringsfunktioner.

Filöverföring är den vanligaste datortjänsten. Tillgång till filer, både lokala och fjärranslutna, behövs av alla applikationer - textredigerare, e-post, databaser eller fjärrstartsprogram. ISO tillhandahåller en sådan tjänst i protokollet FTAM. Tillsammans med X.400-standarden är det den mest populära OSI-stackstandarden. FTAM tillhandahåller faciliteter för att lokalisera och komma åt filinnehåll och inkluderar en uppsättning direktiv för att infoga, ersätta, utöka och rensa filinnehåll. FTAM tillhandahåller också faciliteter för att manipulera filen som helhet, inklusive att skapa, ta bort, läsa, öppna, stänga filen och välja dess attribut.

Spedition och arbetskontrollprotokoll JTM Tillåter användare att vidarebefordra arbete som måste slutföras på värddatorn. Jobbkontrollspråket som möjliggör jobbinlämning talar om för värddatorn vilka åtgärder som ska utföras på vilka program och filer. JTM-protokollet stöder traditionell batchbearbetning, transaktionsbearbetning, fjärrjobbsinmatning och distribuerad databasåtkomst.

TCP/IP-stack

TCP/IP-stacken, även kallad DoD-stacken och Internet-stacken, är en av de mest populära och lovande. Om det för närvarande huvudsakligen distribueras i nätverk med UNIX OS, så är dess implementering i senaste versionerna nätverksoperativsystem för persondatorer (Windows NT, NetWare) är en bra förutsättning för den snabba tillväxten av antalet installationer av TCP/IP-stacken.

Stacken utvecklades på initiativ av det amerikanska försvarsdepartementet (DoD) för mer än 20 år sedan för att koppla ihop det experimentella ARPAnet-nätverket med andra satellitnätverk som en uppsättning gemensamma protokoll för heterogena datormiljöer. ARPA-nätverket stödde utvecklare och forskare inom militära områden. I ARPA-nätverket utfördes kommunikationen mellan två datorer med hjälp av Internet Protocol (IP), som till denna dag är en av de viktigaste i TCP / IP-stacken och visas i stackens namn.

Berkeley University gav ett stort bidrag till utvecklingen av TCP/IP-stacken genom att implementera stackprotokoll i sin version av UNIX OS. Det utbredda antagandet av UNIX-operativsystemet ledde också till att IP och andra stackprotokoll användes i stor utsträckning. Worldwide fungerar på samma stack informationsnätverk Internet, vars division, Internet Engineering Task Force (IETF), är en stor bidragsgivare till förbättringen av stackstandarder publicerade i form av RFC-specifikationer.

Eftersom TCP/IP-stacken utvecklades före tillkomsten av ISO/OSI-modellen för öppna system för sammankoppling, även om den också har en flernivåstruktur, är överensstämmelsen mellan TCP/IP-stackens nivåer och nivåerna i OSI-modellen ganska villkorad .

Strukturen för TCP/IP-protokollen visas i figur 1.4. TCP/IP-protokoll är indelade i 4 lager.

Ris. 1.4. TCP/IP-stack

Den lägsta ( nivå IV ) - nivå mellan nätverksgränssnitt- motsvarar OSI-modellens fysiska och datalänkslager. Denna nivå i TCP/IP-protokollen är inte reglerad, men stöder alla populära standarder för det fysiska och datalänklagret: för lokala kanaler är dessa Ethernet, Token Ring, FDDI, för globala kanaler - deras egna protokoll för att fungera på analog uppringning- upp och förhyrda linjer SLIP/PPP, som upprättar punkt-till-punkt-förbindelser via seriella länkar globala nätverk, och WAN-protokollen X.25 och ISDN. En speciell specifikation har också utvecklats som definierar användningen av ATM-teknik som en datalänkslagertransport.

Nästa nivå ( nivå III ) är det internetarbetande lagret som hanterar överföringen av datagram med hjälp av olika lokala nätverk, X.25-nätverk, ad hoc-linjer, etc. Stacken använder protokollet IP, som ursprungligen utformades som ett protokoll för att överföra paket i sammansatta nätverk bestående av ett stort antal lokala nätverk sammankopplade med både lokala och globala anslutningar. Därför fungerar IP-protokollet bra i nätverk med komplexa topologier, rationellt med hjälp av närvaron av delsystem i dem och ekonomiskt utgifter genomströmning låghastighetskommunikationslinjer. IP-protokollet är ett datagramprotokoll.

Nivån på internetarbete inkluderar också alla protokoll relaterade till kompilering och modifiering av routingtabeller, såsom protokoll för insamling av routinginformation VILA I FRID.(Routing Internet Protocol) och OSPF(Öppna kortaste vägen först), samt Internet Control Message Protocol ICMP(Internet Control Message Protocol). Det senare protokollet är utformat för att utbyta felinformation mellan routern och gatewayen, källsystemet och destinationssystemet, det vill säga att organisera respons. Med hjälp av speciella ICMP-paket rapporteras det att det är omöjligt att leverera ett paket, att livslängden eller varaktigheten för att sammanställa ett paket från fragment har överskridits, onormala parametervärden, en förändring i vidarebefordranvägen och typen av tjänst, tillståndet för systemet osv.

Nästa nivå ( nivå II) kallas basic. Överföringskontrollprotokollet fungerar på denna nivå TCP(Transmission Control Protocol) och User Datagram Protocol UDP(Användardatagram protokoll). TCP-protokollet ger en stabil virtuell anslutning mellan fjärrapplikationsprocesser. UDP-protokollet säkerställer överföring av applikationspaket med hjälp av datagrammetoden, det vill säga utan att upprätta en virtuell anslutning, och kräver därför mindre overhead än TCP.

Högsta nivån ( nivå I) kallas tillämpad. Under många års användning i olika länders och organisationers nätverk har TCP/IP-stacken samlat på sig ett stort antal protokoll och applikationsnivåtjänster. Dessa inkluderar så allmänt använda protokoll som FTP-filkopieringsprotokoll, telnet-terminalemuleringsprotokoll, e-post SMTP-protokoll, som används i Internet-e-post och dess ryska filial RELCOM, hypertexttjänster för åtkomst av fjärrinformation, såsom WWW och många andra. Låt oss titta närmare på några av dem som är närmast relaterade till ämnena i denna kurs.

Protokoll SNMP(Simple Network Management Protocol) används för att organisera nätverkshantering. Ledningsproblemet är här uppdelat i två problem. Den första uppgiften är relaterad till överföring av information. Protokoll för överföring av kontrollinformation bestämmer proceduren för interaktion mellan servern och klientprogrammet som körs på administratörens värd. De definierar meddelandeformaten som utbyts mellan klienter och servrar, liksom formaten för namn och adresser. Den andra utmaningen är relaterad till kontrollerad data. Standarderna reglerar vilken data som ska lagras och ackumuleras i gateways, namnen på dessa data och syntaxen för dessa namn. SNMP-standarden definierar en specifikation informationsbas nätverkshanteringsdata. Denna specifikation, känd som Management Information Base (MIB), definierar de dataelement som en värd eller gateway måste lagra och de tillåtna operationerna på dem.

Filöverföringsprotokoll FTP(Filöverföring Protocol) implementerar fjärråtkomst till filer. För att säkerställa tillförlitlig överföring använder FTP det anslutningsorienterade protokollet - TCP - som transport. Förutom filöverföringsprotokoll erbjuder FTP andra tjänster. Detta ger användaren möjlighet interaktivt arbete med en fjärrmaskin, till exempel, kan den skriva ut innehållet i sina kataloger, FTP tillåter användaren att specificera typen och formatet på data som ska lagras. Slutligen autentiserar FTP användare. Innan de får åtkomst till filen kräver protokollet att användarna anger sitt användarnamn och lösenord.

I TCP/IP-stacken erbjuder FTP den mest omfattande uppsättningen filtjänster, men är också den mest komplexa att programmera. Applikationer som inte kräver alla funktioner i FTP kan använda ett annat, mer kostnadseffektivt protokoll - Simple File Transfer Protocol TFTP(Trivial File Transfer Protocol). Detta protokoll implementerar endast filöverföring, och transporten som används är ett enklare än TCP, anslutningslöst protokoll - UDP.

Protokoll telnet tillhandahåller överföring av en ström av bytes mellan processer, såväl som mellan en process och en terminal. Oftast används detta protokoll för att emulera en fjärrdatorterminal.

IPX/SPX stack

Denna stack är den ursprungliga Novell-protokollstacken, som den utvecklade för sitt NetWare-nätverksoperativsystem redan i början av 80-talet. Protokollen Internetwork Packet Exchange (IPX) och Sequenced Packet Exchange (SPX), som ger stacken dess namn, är direkta anpassningar av Xerox XNS-protokoll, som är mycket mindre vanliga än IPX/SPX. När det gäller installationer är IPX/SPX-protokollen ledande, och detta beror på att själva NetWare OS intar en ledande position med en andel installationer världen över på cirka 65%.

Novell-protokollfamiljen och deras motsvarighet till ISO/OSI-modellen presenteras i figur 1.5.

Ris. 1.5. IPX/SPX stack

På fysiska nivåer och datalänknivåer Novell-nätverk använder alla populära protokoll på dessa nivåer (Ethernet, Token Ring, FDDI och andra).

På nätverksnivå protokollet fungerar i Novell-stacken IPX, samt dirigera protokoll för informationsutbyte VILA I FRID. Och NLSP(analogt med OSPF-protokollet för TCP/IP-stacken). IPX är ett protokoll som hanterar adressering och routing av paket på Novell-nätverk. IPX-routingbeslut baseras på adressfälten i dess pakethuvud samt information från protokoll för routinginformationsutbyte. Till exempel använder IPX information som tillhandahålls av antingen RIP eller NLSP (NetWare Link State Protocol) för att vidarebefordra paket till måldatorn eller nästa router. IPX-protokollet stöder endast datagrammetoden för meddelandeutbyte, på grund av vilken det förbrukar datorresurser ekonomiskt. Så, IPX-protokollet tillhandahåller tre funktioner: ställa in en adress, upprätta en rutt och skicka datagram.

Transportskiktet för OSI-modellen i Novell-stacken motsvarar SPX-protokollet, som utför anslutningsorienterad meddelandeöverföring.

På toppen applikations-, presentations- och sessionsnivåer NCP- och SAP-protokoll fungerar. Protokoll NCP(NetWare Core Protocol) är ett protokoll för interaktion mellan NetWare-servern och arbetsstationsskalet. Detta applikationslagerprotokoll implementerar klient-serverarkitekturen i de övre skikten av OSI-modellen. Med hjälp av funktionerna i detta protokoll ansluter arbetsstationen till servern, mappar serverkatalogerna till lokala enhetsbokstäver, bläddrar i serverns filsystem, kopierar raderade filer, ändrar deras attribut, etc., och utför även division nätverksskrivare mellan arbetsstationer.

Servrar och routrar använder SAP för att marknadsföra sina tjänster och nätverksadresser. SAP-protokollet tillåter nätverksenheter att ständigt uppdatera information om vilka tjänster som för närvarande är tillgängliga på nätverket. Vid uppstart använder servrar SAP för att meddela resten av nätverket om sina tjänster. När en server stängs av använder den SAP för att meddela nätverket att dess tjänster har upphört.

På Novell-nätverk skickar NetWare 3.x-servrar ut SAP-sändningspaket varje minut. SAP-paket täpper till nätverket avsevärt, så en av huvuduppgifterna för routrar som kommer åt global kommunikation är att filtrera trafik från SAP-paket och RIP-paket.

Funktionerna i IPX/SPX-stacken bestäms av funktionerna i NetWare OS, nämligen dess orientering tidigare versioner(upp till 4.0) för att arbeta i små lokala nätverk bestående av persondatorer med blygsamma resurser. Därför behövde Novell protokoll som krävde ett minsta antal random access minne(begränsat i IBM-kompatibla datorer som kör MS-DOS till 640 KB) och som skulle köras snabbt på processorer med låg processorkraft. Som ett resultat fungerade IPX/SPX-stackprotokollen tills nyligen bra i lokala nätverk och inte så bra i stora företagsnätverk, eftersom de överbelastade långsamma globala länkar med broadcast-paket som används intensivt av flera protokoll i denna stack (till exempel för att upprätta kommunikation mellan klienter och servrar).

Denna omständighet, liksom det faktum att IPX/SPX-stacken är Novells egendom och kräver en licens för att implementera den, har under lång tid begränsat distributionen endast till NetWare-nätverk. Men när NetWare 4.0 släpptes hade Novell gjort och fortsätter att göra stora förändringar i sina protokoll som syftar till att anpassa dem för att fungera i företagsnätverk. Nu implementeras IPX/SPX-stacken inte bara i NetWare utan även i flera andra populära nätverksoperativsystem - SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

NetBIOS/SMB-stack

Microsoft och IBM arbetade tillsammans på nätverksverktyg för persondatorer, så NetBIOS/SMB-protokollstacken är deras gemensamma idé. NetBIOS introducerades 1984 som en nätverksutvidgning av standardfunktionerna för IBM PC Basic Input/Output System (BIOS) för nätverksprogram PC Network från IBM, som på applikationsnivå (Fig. 1.6) använde SMB-protokollet (Server Message Block) för att implementera nätverkstjänster.

Ris. 1.6. NetBIOS/SMB-stack

Protokoll NetBIOS fungerar på tre nivåer av interaktionsmodellen för öppna system: nätverk, transport och session. NetBIOS kan tillhandahålla en högre servicenivå än IPX- och SPX-protokollen, men har inga routingmöjligheter. NetBIOS är alltså inte ett nätverksprotokoll i ordets strikta bemärkelse. NetBIOS innehåller många användbara nätverksfunktioner som kan hänföras till nätverks-, transport- och sessionslagren, men det kan inte användas för att dirigera paket, eftersom NetBIOS frame exchange-protokollet inte introducerar ett sådant koncept som ett nätverk. Detta begränsar användningen av NetBIOS-protokollet till lokala nätverk som inte är subnät. NetBIOS stöder både datagram och anslutningsbaserad kommunikation.

Protokoll SMB, som motsvarar applikations- och representativa nivåer för OSI-modellen, reglerar interaktionen mellan arbetsstationen och servern. SMB-funktioner inkluderar följande operationer:

• Sessionshantering. Skapa och bryta en logisk kanal mellan arbetsstationen och filserverns nätverksresurser.
• Filåtkomst. En arbetsstation kan kontakta filservern med förfrågningar om att skapa och ta bort kataloger, skapa, öppna och stänga filer, läsa och skriva till filer, byta namn på och ta bort filer, söka efter filer, hämta och ställa in filattribut och låsa poster.
• Utskriftstjänst. Arbetsstationen kan köa filer för utskrift på servern och få information om utskriftskön.
• Meddelandetjänst. SMB stöder enkel meddelandehantering med följande funktioner: skicka ett enkelt meddelande; skicka ett sändningsmeddelande; skicka början av meddelandeblocket; skicka meddelandeblocktext; skicka slutet av meddelandeblocket; vidarebefordra användarnamn; avbryta försändelsen; få maskinnamnet.

På grund av det stora antalet applikationer som använder API-funktionerna som tillhandahålls av NetBIOS, implementerar många nätverksoperativsystem dessa funktioner som ett gränssnitt till sina transportprotokoll. NetWare har ett program som emulerar NetBIOS-funktioner baserat på IPX-protokollet, och det finns mjukvaruemulatorer för NetBIOS för Windows NT och TCP/IP-stacken.

Varför behöver vi denna värdefulla kunskap? (redaktionell)

En kollega ställde en gång en knepig fråga till mig. Jo, säger han, du vet vad OSI-modellen är... Och varför behöver du den, vad är den praktiska fördelen med den här kunskapen: om du inte visar upp dig framför dummies? Det är inte sant, fördelarna med denna kunskap är ett systematiskt tillvägagångssätt för att lösa många praktiska problem. Till exempel:

• felsökning (