Модель OSI. Протоколы. Инкапсуляция пакетов.

В начале 80-х годов двадцатого столетия ряд международных организаций (ISO (International Organization of Standardization) и др.), разработали стандартную модель сетевого взаимодействия, которую назвали моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection). В соответствии с которой существует семь уровней протоколов:

1. Физический уровень - побитовая передача сигналов в кабелях: типы кодирования и физические характеристики сигналов, скорость передачи сигналов и т.д.

2. Канальный уровень - передача кадров данных между сетевыми картами компьютеров. В самом общем виде кадр данных – это группа битов, состоящая из заголовка кадра и поля данных. В заголовке указывается адрес отправителя, адрес получателя, контрольная сумма и т.п. Канальный уровень обеспечивает получение доступа к общей среде передачи данных, обнаружение ошибок в кадрах данных, их повторную передачу и др. Канальный уровень – это аппаратное взаимодействие сетевая карта – сетевая карта.

3. Сетевой уровень - сетевая логическая адресация сетевая карта – сетевая карта. Протоколы сетевого уровня позволяют использовать в одной сети сегменты, построенные на различных протоколах канального уровня. Кроме того, сетевой уровень отвечает за маршрутизацию (доставку) пакетов данных вне зависимости от сложности топологии сети.

4. Транспортный уровень. Обеспечивает надежность доставки пакетов данных: установка виртуального канала передачи данных между сетевыми картами, контроль искажения или утери пакетов данных, повторная передача пакетов данных при необходимости.

5. Сеансовый уровень. Управляет диалогом между двумя компьютерами. На этом уровне устанавливаются правила начала и завершения взаимодействия. На сеансовом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, а какая принимает данные.

6. Представительный уровень выполняет преобразование данных между устройствами с различными форматами данных, не меняя при этом содержания. Благодаря этому уровню информация, передаваемая прикладным уровнемодного компьютера всегда понятна прикладному уровню другого компьютера. На этом уровне, как правило, происходит шифрование и дешифрование данных, благодаря которому обеспечивается секретность предаваемого сообщения.

7. Прикладной уровень - набор разнообразных протоколов, при помощи которых взаимодействуют между собой прикладные программы. Каждая программа по желанию программиста может иметь свой собственный протокол или использовать один из широко известных прикладных протоколов.

При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня. Служебная информация предназначается для объекта того же уровня на удаленном компьютере, ее формат и интерпретация определяются протоколом данного уровня.

11. Передача данных по сети ‑ протоколы канального уровня. Адрес сетевой карты.

Протоколы канального уровня характеризуются пропускной способностью. Пропускная способность – это количество информации передаваемой по сети за единицу времени. Различают полезную пропускную способность и максимальную. Полезная пропускная способность – это скорость передачи данных без учёта передаваемой служебной информации. Кроме того, протоколы канального уровня характеризуются кадром данных – группа бит, передающаяся по сети за один цикл, порядком и скоростью его передачи, а также, межкадровым интервалом – паузой между пересылаемой группой кадров.

1.Протокол Ethernet (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).Основным принципом работы Ethernet является использование общей среды передачи данных, когда кадры данных передаются всеми компьютерами по общему кабелю. Каждый кадр данных, переданный в сеть получают все компьютеры, но только один из них распознает свой адрес и обрабатывает кадр. Протоколы Fast Ethernet и Gigabit Ethernet отличаются от протокола Ethernet в основном только скоростью передачи данных: Ethernet – 10 Мбит/с, Fast Ethernet - 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet - 1000 Мбит/с. 2. Протокол 100VG-AnyLanДоступ к разделяемой среде в данном протоколе реализуется по принципу Demand Priority (приоритетный доступ по требованию). Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального (корневого) концентратора, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов. Концентратор циклически выполняет опрос портов, к которым подключены компьютеры. Компьютер, желающий передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет: низкий (для обычных данных) или высокий (для данных, которые чувствительны к задержкам, например видеоизображение). Компьютер с низким уровнем приоритета, долго не имевший доступа к сети, получает высокий приоритет. Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета.

3. Протокол Token Ring (High Speed Token Ring) Сеть Token Ring представляет собой кольцо: каждый компьютер соединен кабелем только с предыдущим и последующим компьютером в кольце. Физически это реализуется при помощи специальных концентраторов, которые обеспечивают целостность кольца. Принцип доступа к разделяемой среде – доступ с передачей маркера (token). Компьютер может начать передавать данные в сеть, только если получит от предыдущего компьютера в кольце «маркер» – специальный короткий пакет, свидетельствующий о том, что сеть свободна. Если компьютеру нечего передавать в сеть, то он передает маркер следующему компьютеру в кольце. Если компьютеру есть что передавать, то он уничтожает маркер и передает свой пакет в сеть. Адресат получает пакет, устанавливает в пакете биты, подтверждающие, что пакет достиг адресата и передает пакет дальше по кольцу. Наконец, пакет возвращается к отправителю, который уничтожает его и передает в сеть новый маркер.

4. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец необходимо для повышения отказоустойчивости сети FDDI. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца. Данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении, а по вторичному — в обратном. Передача пакетов в сетях FDDI аналогична, как и в сетях Token Ring.

10 5. Протоколы SLIP и PPP Протоколы SLIP и PPP организуют связь типа «точка-точка», когда сетевой кабель используется для передачи информации только между двумя компьютерами, соединенным этим кабелем. Такое соединение характерно при подключении к Internet по телефонной линии, при соединении локальных сетей между собой по выделенным или коммутируемым линиям. SLIP (Serial Line IP) – протокол канального уровня, который позволяет ис- пользовать последовательную линию передачи данных (телефонную линию) для связи с другими компьютерами по протоколу IP. PPP (Point to Point Protocol) – это протокол канального уровня, который позволяет использовать не только протокол IP, но также и другие протоколы сетевого уровня (IPX, AppleTalk и др.).