Распределение коммуникационных устройств в соответствии с семиуровневой моделью OSI. Повторители и концентраторы

 

 

 

 

 

 

 3 Практическое применение сетевой модели OSI, и ее недостатки.

 

3.1 Применение  модели OSI в среде Microsoft Windows.

 

Сетевой компонент операционной системы Microsoft Windows реализует различные функции уровней OSI-модели. Протокол не всегда полностью совпадает с соответствующим OSI-уровнем, но даже в этих случаях в протоколе обычно имеются функции, предназначенные для тех же целей, что и в многоуровневой модели OSI. Польза модели OSI заключается уже хотя бы в том, что она дает концептуальный подход к разработке сетевых компонентов, т.е. позволяет организовать разные элементы системы, начиная от кабелей и заканчивая сетевым окружением, таким образом, чтобы компьютеры могли взаимодействовать через сеть.

Как же модель OSI связана со средствами сетевого взаимодействия, имеющимися в операционной системе Windows NT? Чтобы понять это, нужно еще раз пройти по всем уровням модели OSI, но на этот раз рассмотреть их вместе с соответствующими протоколами, используемыми в NT-сетях, и понять, как эти протоколы связаны с OSI-моделью и как они взаимодействуют между собой, образуя работоспособную NT-сеть.

3.1.2 Физический уровень  в среде Windows

Компонентами, которые относятся  к физическому уровню, являются сетевые  платы, предназначенные для работы в сетях типа Ethernet, Token Ring, беспроводных сетях и других типах компьютерных сетей.

Кроме упомянутых типов карт в системах Windows также предусмотрен соответствующий интерфейс для установления удаленного соединения (dial-up). В операционной системе Windows 2000 сведения обо всех сетевых аппаратных компонентах физического уровня можно получить, щелкнув правой кнопкой мыши на пиктограмме My Computer (Мой компьютер), расположенной на рабочем столе, затем выбрав в появившемся контекстном меню команду Properties (Свойства), далее в открывшемся окне System properties (Свойства системы) перейдя на вкладку Hardware (Оборудование) и нажав на кнопку Device Manager (Диспетчер устройств).

Соединение на физическом уровне внутри среды Windows не ограничивается сетевыми платами. Любой тип интерфейса или кабеля, который служит для взаимодействия между компьютерами, осуществляет функции физического уровня. В число этих компонентов входит последовательный коннектор RS232 (СОМ1, COM2 и т. д.), параллельный порт и любые порты типа USB.

 

3.1.3 Канальный уровень в среде  Windows

 

 

 

 

Ethernet является наиболее распространенным протоколом канального уровня в типичном сетевом окружении Windows.

Уровень канала передачи данных упаковывает  данные в кадры. Затем каждый кадр снабжается исходным адресом и адресом  назначения, которые являются физическими  аппаратными адресами, закодированными  в сетевых картах. По этой причине  такие адреса иногда называют «зашитыми» (Burned-In Address, BIA), но правильным названием является «адрес управления доступом к среде» (Media Access Control address) или «МАС-адрес». Эти адреса используются для идентификации той сетевой платы, с которой передается каждый кадр, и той платы, на которую он передается. Важно отметить, что МАС-адрес не обязательно является единственным адресом целевого компьютера, поскольку существуют некоторые конфигурации, в которых ПК может иметь более чем одно соединение с одной и той же, или с несколькими локальными сетями.

Ethernet — лишь один из многих подобных протоколов канального уровня. Другими представителями являются протоколы Token Ring и Arcnet. Если базовое соединение осуществляется не в локальной сети, Windows может использовать другие протоколы канального уровня — например, протокол двухточечного соединения (Point-to-Point Protocol, РРР) или межсетевой протокол для последовательного канала (Serial Line Internet Protocol, SLIP), причем оба применяются для последовательных соединений.

 

3.1.3 Сетевой уровень в среде  Windows

 

Одна из основных функций сетевого уровня заключается в том, чтобы  назначать и регистрировать логические адреса, которые идентифицируют главные  сетевые узлы внутри сети.

В среде Windows в качестве протокола сетевого уровня наиболее часто используется IP (Internet Protocol — протокол Интернета) и IPX (Internetwork Расket Exchange — протокол межсетевого пакетного обмена).

Как правило, логический сетевой адрес  по своему составу соответствует  аппаратному адресу. В результате, сетевой адрес (или IP-адрес в случае IP-протокола) может идентифицировать не компьютер, а аппаратный интерфейс. При этом компьютер может иметь  несколько сетевых плат для одной  или нескольких разных локальных  сетей, и каждая из этих карт будет  иметь свой сетевой и аппаратный адрес. Вот почему в рамках модели для обозначения сущности, которая  описывается сетевым адресом, больше подходит термин «сетевой узел».

В среде Windows 2000 протоколы сетевого уровня можно найти следующим образом: открыть свойства пиктограммы My Network Places (Мое сетевое окружение), расположенной на вашем рабочем столе, и затем в открывшемся окне выбрать объект Local Area Connection (Подключение по локальной сети) и открыть его свойства. Именно здесь происходит назначение сетевых адресов.

 

 

 

 

 

 

 

В отличие от аппаратного адреса, который является постоянным адресом  сетевой платы, сетевой адрес  является изменяемым и в некоторых  конфигурациях может изменяться после каждой новой загрузки ПК. Протокол ARP служит для установления динамического соответствия между  аппаратным адресом и логическим сетевым адресом.

 

3.1.4 Транспортный уровень в среде  Windows

 

Протоколы сетевого уровня, например, IP или IPX, прослеживают адреса уровня 3 и в каждый момент времени определяют наиболее эффективный маршрут для  передачи данных. Однако в функции  этих протоколов не входит обеспечение  конечной доставки данных — эта  обязанность лежит на протоколах, работающих на транспортном уровне.

Обеспечение доставки пакета данных до места назначения является функцией таких протоколов, как TCP (для IP) и SPX (для IPX).

Другим транспортным протоколом, используемым совместно с IP, является UDP (User Data Protocol — протокол передачи дейтаграмм пользователя). Сети Windows используют его для межпрограммного взаимодействия, а также для таких приложений, как служба разрешения имен в системе NetBIOS. Оба протокола, TCP и UDP, зависят от IP.

Транспортные протоколы TCP и UDP автоматически  становятся доступными всякий раз, когда  протокол IP используется в среде  Windows.

 

3.1.5 Сеансовый уровень в среде Windows

 

Система NetBIOS (Network Basic Input Output System — сетевая базовая система ввода/вывода) является стандартным программным интерфейсом приложения (Application Programming Interface, API), используемым такими службами, как служба локализации ресурсов в сетях Windows.

Это программа, которая позволяет  приложениям разных компьютеров  взаимодействовать друг с другом. Однако сама по себе она не поддерживает механизмы маршрутизации и транспортировки  данных и поэтому зависит от других транспортных протоколов, таких как TCP или UDP. В качестве альтернативы она  может использовать NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface — расширенный пользовательский интерфейс на базе NetBIOS), разработанный в качестве ее расширения. Протокол NetBEUI обеспечивает стандартный формат данных для передачи по глобальной сети. Иногда сбивает с толку то, что в сетях Windows система NetBIOS доступна по умолчанию всегда, когда доступен протокол TCP/IP. Дело в том, что при установке других сетевых протоколов нет возможности подключить NetBIOS поверх TCP/IP (NetBT).

 

3.1.6 Представительский и   прикладной уровни

 

 

 

 

 

 

Присутствующий в среде Windows редиректор является функцией прикладного уровня. Он предназначен для обслуживания направляемых к ОС запросов на прикладные данные и позволяет определить, к чему именно относятся эти запросы: к данным, расположенным локально, или же к сетевым ресурсам. Редиректор направляет сетевые запросы на серверы, а локальные команды передает в локальную операционную систему.

 

3.2 Сравнение OSI и TCP/IP

 

 

 В многоуровневых моделях четко  расписаны функции каждого уровня и взаимосвязь с соседними  уровнями. Все сетевые протоколы  разрабатываются в соответствии с сетевой моделью и принадлежат  определенному ее уровню. Так, взяв для примера определенный протокол, можно с уверенностью говорить какие  функции (глобальные) на него возложены, а какие он не может выполнять. Так же и сетевое оборудование можно отнести к определенному  уровню модели, учитывая его функции. И что это нам дает? А то, что мы можем утверждать о распространении  коллизий, широковещательных сообщений, возможности работы отдельных протоколов или общения двух хостов вообще и  так далее, список довольно широкий.  

Сетевая модель помогает в поиске ошибок и неисправностей, так как  по симптомам часто можно определить к какому уровню относится проблема. После чего существенно сужается область поиска (протоколы, оборудование и т.д.). Если же симптомы не наталкивают на решение, то можно систематически проходить по всей модели от нижних уровней к верхним, обращая внимание на функционирование сети.

Нижний уровень, выявляющий неполадки (функции, возложенные на него, не выполняются  или выполняются с ошибками) и  есть проблемным.

 

3.2.1 Описание моделей

 

 

 OSI детально описывает процесс  общения двух приложений, а также  взаимосвязь между соседними  уровнями. Уровни можно рассматривать  с точки зрения отправления  данных или приема данных. Проще  говоря, сверху вниз или снизу вверх соответственно. Модель спроектирована так, что если рассматривать отправку сообщения каким-либо приложением, то оно проходит по уровням с самого верху и к самому низу. Для приема сообщение все с точностью наоборот.

При прохождении каждого уровня, к данным дописывается служебная  информация. Этот процесс называется инкапсуляцией. 

Обратный процесс к инкапсуляции - декапсуляция. Это процесс извлечения данных, путем отбрасывания служебной информации.

Особенно часто различают понятие  кадра и пакета. Кадр будет содержать  служебную информацию второго уровня, когда пакет уже нет. И для  кадра пакет будет являться полезной нагрузкой, внутренняя сущность которого не рассматривается.

 

 

 

 

Общение между двумя приложениями или просто хостами происходят между  одинаковыми уровнями, используя  для этого один протокол. Так, например, веб-браузер, запрашивая по протоколу HTTP (протокол седьмого уровня) страницу, общается с веб-сервером на седьмом уровне. Сервер в свою очередь знает структуру сообщения, соответствующую протоколу. Выбор протокола - это как выбор языка в устной речи. На этом этапе, как сервер, так и клиент не рассматривает нижележащие уровни, они просто обмениваются сообщениями. Если же рассмотреть с точки зрения отправки HTTP запроса в IP пакете, то операционные системы клиента и сервера общаются на третьем уровне. Они смотрят, им ли предназначен пакет по IP адресу, собирают пакет воедино из фрагментов (если по пути пакет был фрагментирован). Но при этом они ничего не знают о втором уровне, через какую среду будут следовать данные и так далее. Полезная нагрузка содержит сегменты TCP, которые в свою очередь содержат данные HTTP. Но на этапе рассмотрения IP пакета вся полезная нагрузка рассматривается просто как последовательность байт, не более.

 

3.2.2 Применение моделей

 

Модель TCP/IP часто используется для  описания стека протоколов. Например, стек протоколов TCP/IP. Где под стеком протоколов можно понимать множество  взаимодействующих протоколов, обеспечивающих функциональность сети. Ведь сложно представить  работу сети с одним лишь протоколом IP, в сети постоянно взаимодействуют  разные протоколы, каждый реализуя свои задачи. 

Модель OSI используется для описания и выявления разного рода неполадок, для классификации сетевого оборудования или отдельного сетевого протокола.  

Например, рассмотрим разные виды сетевого оборудования: повторитель и концентратор (хаб), мост и коммутатор 2-го уровня (свич), маршрутизатор и коммутатор 3-го уровня. Эти три вида оборудования принадлежат трем нижним уровням модели оси: первому, второму и третьему соответственно. Что же мы можем сказать сходу об этих устройствах?  

Устройства первого уровня различают  только сигналы. Они предназначены  для расширения шины сети и усиления сигнала, предотвращая тем самым  его затухание. Такие устройства только дублируют сигналы, таки образом  расширяя домен коллизий (наложение  сигналов). 

Устройства второго уровня уже  считывают заголовок кадра и  таким образом могут обнаружить коллизию или несоответствие контрольной  сумме (если она присутствует в протоколе). Отбрасывая "испорченные" кадры, такое оборудование ограничивает домен  коллизий. 

Устройства третьего уровня работают с пакетами. И потому они ограничивают широковещательный домен. 

Также знание по номерам и названиям  уровней модели OSI позволяет общаться и понимать друг друга двум администраторам  или разработчикам, да и просто людям, замешанным каким-либо образом с  сетями.

 

 

 

 

3.3 Критика модели  и протоколов OSI

 

Ни описанные выше модели (OSI и TCP/IP), ни их протоколы не являются совершенными. Довольно много критики  было высказано по поводу обеих моделей.

Семиуровневая модель OSI является теоретической, и содержит ряд недоработок. Были попытки строить сети в точном соответствии с моделью OSI, но созданные  таким образом сети были дорогими, ненадёжными и неудобными в эксплуатации.

Реальные сетевые протоколы, используемые в существующих сетях, вынуждены отклоняться от неё, обеспечивая  непредусмотренные возможности, поэтому  привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной: некоторые  протоколы занимают несколько уровней  модели OSI, функции обеспечения надёжности реализованы на нескольких уровнях  модели OSI.