Эталонная модель взаимодействия открытых систем«OSI»

Канальный уровень

Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный  уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность  сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе  использовать сетевой канал), уведомления  о неисправностях, упорядоченной  доставки блоков данных и управления потоком информации.

 

 

 

Физический уровень

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные  и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического  канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения  напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители  и другие аналогичные характеристики.

Важнейшие термины и  концепции

Наука об объединении сетей, как и другие науки, имеет свою собственную терминологию и научную базу. К сожалению, ввиду  того, что наука об объединении  сетей очень молода, пока что не достигнуто единое соглашение о значении концепций и терминов объединенных сетей. По мере дальнейшего совершенствования  индустрии объединенных сетей определение  и использование терминов будут  более четкими.

 

Адресация

Существенным  компонентом любой системы сети является определение местонахождения  компьютерных систем. Существуют различные  схемы адресации, используемые для  этой цели, которые зависят от используемого  семейства протоколов. Другими словами, адресация AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отличается от адресации OSI, и т.д.

Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или  аппаратными адресами), как правило, уникальны для каждого сетевого соединения. У большинства локальных  сетей (LAN) адреса канального уровня размещены  в схеме интерфейса; они назначаются  той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Т.к. большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое  соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Роутеры  и другие системы, соединенные с  множеством физических сетей, могут  иметь множество адресов канального уровня. В соответствии с названием, адреса канального уровня существуют на Уровне 2 эталонной модели OSI.

Aдреса сетевого уровня (называемые также виртуальными или логическими адресами) существуют на Уровне 3 эталонной модели OSI. В отличие от адресов канального уровня, которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уровня обычно иерархические. Другими словми, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и наконец, имя. Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная система социальной безопасности США, в соответствии с которой каждый человек имеет один уникальный номер, присвоенный ему службой безопасности.

Иерархические адреса делают сортировку адресов и  повторный вызов более легкими  путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все  другие страны, если в адресе указана  страна "Ирландия". Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации.

Адреса  сетевого уровня различаются в зависимости  от используемого семейства протоколов, однако они, как правило, используют соответствующие логические разделы  для нахождения компьютерных систем в объединенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором  находится какая-нибудь система); другие логические разделы базируются на группировках, не имеющих физического базиса (например, "зона" AppleTalk).

 

Блоки данных, пакеты и  сообщения

После того, как по адресам установили местоположение компьютерных систем, может быть произведен обмен информацией  между двумя или более системами. В литературе по объединенным сетям  наблюдается непоследовательность в наименовании логически сгруппированных  блоков информации, которая перемещается между компьютерными системами. "блок данных", "пакет", "блок данных протокола", "PDU", "сегмент", "сообщение" - используются все эти и другие термины, в зависимости от прихоти тех, кто пишет спецификации протоколов.

В настоящей  работе термин "блок данных" (frame) обозначает блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня. Термин "пакет" (packet) обозначает блок информации, у которого источник и пункт назначения - объекты сетевого уровня. И наконец, термин "сообщение" (message) oбoзначает информационный блок, у которого объекты источника и места назначения находятся выше сетевого уровня. Термин "сообщение" используется также для обозначения отдельных информационных блоков низших уровней, которые имеют специальное, хорошо сформулированное назначение.

 

Протоколы «OSI»

 

В настоящее время эталонная  модель OSI  является самой выдающейся в мире моделью архитектуры объединенных сетей. Она также является самым  популярным средством приобретения знаний о сетях. С другой стороны, у протоколов OSI был длинный период созревания. И хотя известно о некоторых  реализациях OSI, протоколы OSI все еще  не завоевали той популярности, которой  пользуются многие патентованные протоколы (например, DECnet и АppleTalk) и действующие стандарты (например, протоколы Internet).

Основы технологии

Объединение сетей OSI использует уникальную терминологию.

End system (ES)

Термин "конечная система" относится  к любому устройству сети, не занимающемуся  маршрутизацией.

Intermediate system (IS)

Термин "промежуточная система" относится к роутеру.

Area

"Область"  обозначает группу смежных сетей  и подключенных к ним хостов; область назначается администратором  сети или другим аналогичным  лицом. 

Domain

"Домен"  представляет собой набор соединенных  областей. Домены маршрутизации  обеспечивают полную связность  со всеми конечными системами,  находящимися в их пределах.

Доступ к среде

Также, как и некоторые другие современные 7-уровневые комплекты протоколов, комплект OSI включает в себя многие популярные сегодня протоколы доступа к носителю. Это позволяет другим комплектам протоколов существовать наряду с OSI в одном и том же носителе. В OSI входят IEEE 802.2, IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI, X.21, V.35, X.25 и другие.

Сетевой уровень

OSI предлагает  услуги сетевого уровня как без установления соединения, так и ориентированные на установления логического соединения. Услуги без установления соединения описаны в ISO 8473 (обычно называемом Connectionless Network Protocol - CLNP - Протокол сети без установления соединения). Обслуживание, ориентированное на установление логического соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service - CONS) описывается в ISO 8208 (X.25 Packet-Level Protocol - Протокол пакетного уровня X.25, иногда называемый Connection-Mode Network Protocol - CMNP) и ISO 8878 (в котором описывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентированные на установление логического соединения услуги OSI). Дополнительный документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу Протокола пакетного уровня X.25 в локальных сетях IEEE 802. OSI также определяет несколько протоколов маршрутизации, которые рассмотрены ниже. В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям протоколов и услуг, имеются другие документы, связанные с сетевым уровнем OSI.

Услуги без установления соединения

Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, который используется для переноса данных и указателей неисправности. Он не содержит средств обнаружения ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он содержит только одну фазу, которая называется "передача информации" (data transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зависит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью содержалась в составе примитива.

В то время как CLNP определяет действующий  протокол, выполняющий типичные функции  сетевого уровня, CLNS (Обслуживание сети без установления соединения) описывает  услуги, предоставляемые транспортному  уровню, в котором запрос о передаче информации реализуется доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort). Такая доставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорчены, что в них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопированы. Обслуживание без установления соединения предполагает, что при необходимости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS не обеспечивает никаких видов информации о соединении или состоянии, и не выполняет настройку соединения. Т.к. CLNS обеспечивает транспортные уровни интерфейсом услуг, сопрягающим с CLNP, протоколы CNLS и CLNP часто рассматриваются вместе.

Услуги с установлением  соединения

Услуги  сети OSI с установлением соединения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует X.25 Racket-Level Protocol для перемещения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установления соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из 4 примитив: запрос (request), указатель (indication), ответ (response) и подтверждение (confirmation). Взаимодействие этих четырех примитив показано на Рисунке 4.

Рисунок 4.Взаимодействие 4 примитивов

Источник: [4]

 

 

В момент времени t1 транспортный уровень ES 1 отправляет примитив- запрос в сетевой уровень ES 1. Этот запрос помещается в подсеть ES 1 протоколами подсети низших уровней и в конечном итоге принимается ES 2, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень. В мотент времени t2 сетевой уровень ES 2 отправляет примитив-указатель в свой транспортный уровень. После завершения необходимой обработки пакета в высших уровнях, ES 2 инициирует ответ в ES 1, используя примитив-ответ, отправленный из транспортного уровня в сетевой уровень. Отправленный в момень времени t3 ответ возвращается в ES 1, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень, где генерируется примитив-подтверждение, отправляемый в транспортный уровень в момент t3.

Адресация

Услуги  сети OSI предоставляются транспортному  уровню через концептуальную точку  на границе сетевого и транспортного  уровней, известную под названием "точки доступа к услугам  сети" (network service access point - NSAP). Для каждого объекта транспортного уровня имеется одна NSAP.

Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объединенной глобальной сети с  помощью адреса NSAP (в обиходе существует неточное название - просто NSAP). Таким  образом, любая конечная система OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса обычно отличаются только последним байтом, называемом n-selector.

Возможны  случаи, когда полезно адресовать сообщение сетевому уровня системы  в целом, не связывая его с конкретным объектом транспортного уровня, например, когда система участвует в  протоколах маршрутизации или при  адресации к какой-нибудь промежуточной  системе (к роутеру). Подобная адресация выполняется через специальный адрес сети, известный под названием network entity title (NET) (титул объекта сети). Структурно NET идентичен адресу NSAP, но он использует специальное значение n-selector "00". Большинство конечных и промежуточных систем имеют только один NET, в отличие от роутеров IP, которые обычно имеют по одному адресу на каждый интерфейс. Однако промежуточная система, участвующая в нескольких областях или доменах, имеет право выборa на обладание несколькими NET.

Адреса NET и NSAP являются иерархическими адресами. Адресация к иерархическим системам облегчает как управление (путем  обеспечения нескольких уровней  управления), так и маршрутизацию (путем кодирования информации о  топологии сети). Адрес NSAP сначала  разделяется на две части: исходная часть домена (initial domain part - IDP) и специфичнaя часть домена (domain specific part - DSP). IDP далее делится на идентификатор формата и полномочий (authority and format identifier - AFI) и идентификатор исходного домена (initial domain identifier - IDI).

AFI обеспечивает  информацию о структуре и содержании  полей IDI и DSP, в том числе  информацию о том, является  ли IDI идентификатором переменной  длины и использует ли DSP десятичную  или двоичную систему счислений. IDI определяет объект, который может  назначать различные значения  части DSP адреса.

DSP далее  подразделяется полномочным лицом,  ответственным за ее управление. Как правило, далее следует  идентификатор другого управляющего  авторитета, чем обеспечивается  дальнейшее делегирование управления  адресом в подорганы управления. Далее идет информация, используемая для маршрутизации, такая, как домены маршрутизации, область (area) с доменом маршрутизации, идентификатор (ID) станции в пределах этой области и селектор (selector) в пределах этой станции.   Рисунок 5 иллюстрирует формат адреса OSI.