Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI

На ранних этапах развития компьютеров каждая компания разрабатывала собственное оборудование и сетевые технологии. Без соответствующих стандартов сетевые коммуникации представляли собой неупорядоченный набор частных протоколов и устройств, созданных различными производителями с использованием разных концепций и моделей. Например, принтер от одного компьютера нельзя было без изменения электрической схемы подключить к другому компьютеру, поскольку конструкции коммуникационных портов отличались.

К середине 1980 годов обмен данными между сетями, имеющими различные технические характеристики и реализации, значительно усложнился. В компьютерной промышленности возникла необходимость концепции «открытых систем». Открытость означает, что технология находится в открытом доступе. Для решения этой проблемы в 1984 году Международная организация по стандартам ISO (International Standards Organization) проанализировала несколько схем сетей, в результате чего была разработана эталонная модель сети. Эта модель, получившая название OSI (Open System Inter connection), позволила поставщикам создавать сети, способные взаимодействовать с другими сетями. С тех пор ее используют все производители сетевых продуктов.

Ярким примером открытой системы является международная сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к от­крытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специа­листов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспече­ния, работающих в разных странах. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

Все сетевые функции в модели OSI разделены на 7 уровней: Физический; Канальный; Сетевой; Транспортный; Сеансовый; Представительный; Прикладной (рис. 1.1). При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня — предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые, более конкретные функции. В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше него и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний - непосредственной передаче сигналов по каналу связи.

Каждый уровень работает так, как будто он имеет прямую связь с соответствующим уровнем другого абонента, то есть между одноименными уровнями абонентов сети существует виртуальная связь. Реальную же связь абоненты одной сети имеют только на самом нижнем, первом, физическом уровне. В ПК передающего абонента информация проходит все уровни, начиная с верхнего и заканчивая нижним. В ПК принимающего абонента полученная информация совершает обратный путь: от нижнего уровня к верхнему (рис. 1.1).

1) Прикладной уровень.

Представим себе, что мы сидим за компьютером и работаем во Всемирной сети. На самом деле мы работаем с программами, установленными на нашем компьютере. Назовем их клиентскими программами. Совокупность этих программ и представляет прикладной уровень. Наши возможности в Интернете зависят от состава этих программ и от их настройки.

Чем шире возможности этих программ, тем шире и наши возможности. Есть программа для прослушивания радиотрансляций, просмотра телевизионных программ, просмотра видео. Если есть почтовый клиент — можем получать и отправлять сообщения электронной почты. Есть программы отправки мгновенных сообщений. Есть программы передачи файлов, программы IP-телефонии (например, Skype) и т.д.

Ниже приведены примеры некоторых протоколов прикладного уровня:

- HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста. С его помощью программа веб-браузер общается с веб-серверами. Сервер — это компьютер, который предоставляет сервисы. Название образуется от английского «to serve» - обслуживать. Общение с сервером представляет собой отправку запросов и получение ответов. Ответы содержат запрашиваемые данные – документы, рисунки, исполняемые файлы и другое. Именно этот протокол позволяет просматривать веб-страницы.

- SMTP, Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол пересылки электронной почты;

- POP3 (Post Office Protocol) – почтовыйпротокол. С помощью него мы принимаем свою почту с почтовых серверов, например, mail.ru. Как и в предыдущем случае, на сервере запущена соответствующая служба, а на компьютере должна быть установлена и настроена программа-клиент – например, MS Outlook

- FTP, File Transfer Protocol - протокол пересылки файлов, позволяющий принимать и передавать файлы по сети. Его мы используем, чтобы отправить или получить файлы с удаленного компьютера. Для этого на одном из компьютеров должна быть установлена, настроена и запущена служба, которая называется FTP-сервером, а второй компьютер с использованием программы, называемой FTP-клиентом, должен подключиться к первому.

.- TELNET– протокол эмуляции терминала удаленного компьютера, по­зволяющий брать под управление удаленный компьютер (коммутатор, маршрутизатор) и исполнять в нем команды операционной системы. Это один из старейших прикладных протоколов. С его помощью можно запускать различные процессы на удаленном устройстве, при соответствующих разрешениях;

- SNMP, Simple Network Management Protocol - упрощенный протокол се­тевого управления, позволяет удалённо управлять различными сетевыми устройствами: маршрутизаторами, коммутаторами, мультиплексорами, АТС.

Рисунок 1.1 – Модель взаимодействия открытых систем OSI

После формирования сообщения (рисунок 1.1) прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню.

2) Представительный уровень.

Представительный уровень управляет форматированием данных, поскольку прикладные программы нередко используют различные кодировки (способы представления информации).

Когда пользователь нажимает на клавиши клавиатуры ПК, алфавитно-цифровые символы сообщения преобразовываются в данные (наборы байтов, состоящие из «единиц» и «нулей»).

Самый старый стандарт кодировки, один из первых — это ASCII AmericanStandardCodeforInformationInterchange (Американский стандартный код обмена информацией). Код ASCII содержит 96 заглавных и строчных символов и цифр, а также 32 непечатных символа. определяющий 256 различных 8-разрядных символов. Широкое распространение получили кодировки: DOS-866, Win-1251, KOI-8 (кириллица) и Юникод (UTF-8), хотя есть и еще много других. Представительный уровень гарантирует, что числа и символьные строки передаются именно в том формате, который понятен Представительному уровню принимающего компьютера.

Также Представительный уровень отвечает за шифрование данных. Шифрование – это такой процесс засекречивания информации, который не позволяет неавторизованным пользователям прочесть данные в случае их перехвата. Например, в локальной сети может шифроваться пароль учетной записи компьютера, или же номер кредитной карточки может шифроваться с помощью технологии Secure Sockets Layer (SSL) (Протокол защищенных сокетов) при передаче по глобальной сети.

Технологии шифрования являются гарантией успешной торговли через Интернет. При их отсутствии мало бы кто решился делать покупки через Интернет используя кредитные карточки.

Еще одной функцией Представительного уровня является сжатие данных

3) Сеансовый уровень.

Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия приложений. Сеансы состоят из диалога между двумя или более компьютеров Сеансовый уровень синхронизирует диалог между ПК и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основным функциям сеансовый уровень предоставляет средства для синхронизации участвующих в диалоге сторон. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоко­лов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

4) Транспортный уровень.

На транспортном уровне весь поток данных (единиц и нулей), поступивший от сеансового уровня делится на порции (сегменты). Эта процедура называется сегментацией. К каждому передаваемому сегменту добавляются байты, указывающие порядковый номер данного сегмента внутри сообщения. Это делается для того, чтобы на транспортном уровне принимающего ПК из поступивших сегментов правильно собрать исходное сообщение.

На пути от отправителя к получателю сегменты могут быть искажены или утеряны. Транспортный уровень обеспечивает определённый уровень надёжности передачи кадров между узлами. За счёт включение в состав сегмента специальных бит (контрольной суммы) транспортный уровень отслеживает ошибки передачи пакетов. В случае необходимости осуществляется подтверждение приема каждого пакета и повторно пересылаются плохие пакеты.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализу­ются программными средствами конечных узлов сети (ПК) — компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно при­вести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP. Таким образом, на транспортном уровне формируется TCP-сегмент (или UDP-сегмент ) с вложенной в него информацией пользователя.

TCP – протокол контроля передачи, обеспечивает высокую надёжность доставки за счёт отсылки подтверждений (квитанций) после пересылки каждой из порций сообщений, что замедляет передачу сообщений.

UDP – пользовательский дейтаграммный протокол, не контролирует, доставлен ли пакет получателю, что позволяет уменьшить время на доставку сообщений, что важно при передаче сигналовIP-телефонии и IPTV.