Модель OSI

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Сети ЭВМ и средства коммуникаций»

На тему: «Модель OSI»

                                  Содержание:

 

1.Эталонная модель  OSI/ISO.

  -Иерархическая связь;

  -Проблемы совместимости;

  -7 уровней OSI;

  -Важнейшие термины и концепции.

2.Протоколы OSI.

 -Основы технологии;

-Доступ к среде;

-Услуги без установления  соединения;

-Услуги с установлением  соединения;

-Адресация;

-Протоколы высших уровней.

3.Маршрутизация  OSI.

-Терминология;

-ES-IS;

-IS-IS;

-Иерархия маршрутизации;

- Сообщения между ES;

-Показатели (метрики);

-Формат пакета;

-Интегрированный  IS;

Протокол междоменной  маршрутизации (IDRP);

 

 

 

 

                                       Эталонная модель OSI.

Модель OSI показана на рис. 1.1 (без физического носителя). Эта модель основана на предложении Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) как первый шаг к международной стандартизации протоколов, используемых в различных уровнях. Модель называется ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model (эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO), поскольку она связывает открытые системы, то есть системы, открытые для связи с другими системами. Для краткости назовем эту модель просто модель OSI. 

                  

                                                               Рис.1.1

 

 

Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной  моделью для передачи межкомпьютерных  сообщений. Несмотря на то, что были разработаны другие архитектурные  модели (в основном патентованные), большинство поставщиков сетей, когда им необходимо предоставить обучающую  информацию пользователям поставляемых ими изделий, ссылаются на них  как на изделия для сети, соответствующей  эталонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим средством, имеющемся в распоряжении тех, кто надеется изучить технологию сетей.

                 Иерархическая связь .

 

Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду  сети на семь менее крупных, и, следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана  потому, что она относительно автономна, и, следовательно, ее легче решить без  чрезмерной опоры на внешнюю информацию.

Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью  одного из уровней модели. Большинство  устройств сети реализует все  семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются  аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как  правило, реализуются программным  обеспечением.

Справочная  модель OSI описывает, каким образом  информация проделывает путь через  среду сети (например, провода) от одной  прикладной программы (например, программы  обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся  в другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно "единицы" и "нули".

 

   Проблемы совместимости.

 

Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает план для  постройки корабля. Точно так  же, как для выполнения фактической  работы по плану могут быть заключены  контракты с любым количеством  кораблестроительных компаний, любое  число поставщиков сети могут  построить протокол реализации по спецификации протокола. И если этот план не будет  предельно понятным, корабли, построенные  различными компаниями, пользующимися  одним и тем же планом, пусть  незначительно, но будут отличаться друг от друга. Примером самого незначительного  отличия могут быть гвозди, забитые  в разных местах.

Чем объясняется разница  в реализациях одного и того же плана корабля (или спецификации протокола)? Частично эта разница  вызвана неспособностью любой спецификации учесть все возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие  один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. И, наконец, неизбежные ошибки реализации приводят к тому, что изделия разных реализаций отличаются исполнением. Этим объясняется  то, что реализация протокола Х  одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого протокола, осуществленной другой компанией

                                                    Уровни OSI.

Модель OSI имеет семь уровней. Появление именно семи уровней было обусловлено следующими принципами.

1.Уровень должен создаваться по мере необходимости отдельного уровня абстракции.

2.Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию.

3.Выбор функций для каждого уровня должен выбираться с учетом создания стандартизированных международных протоколов.

4.Границы между уровнями должны выбираться так, чтобы поток данных между интерфейсами был минимальным.

5.Количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы различные функции не объединялись в одном уровне без необходимости, но не слишком высоким, чтобы архитектура не становилась громоздкой.

Ниже описан каждый уровень модели, начиная с нижнего уровня. Обращаю внимание, что модель OSI не является сетевой архитектурой, поскольку она не описывает службы и протоколы, используемые на каждом уровне. Она просто определяет, что должен делать каждый уровень. Тем не менее ISO также разработала стандарты для каждого уровня, хотя эти стандарты не входят в саму эталонную модель. Каждый из них был опубликован как отдельный международный стандарт.

1.Физический  уровень

Физический уровень занимается передачей необработанных ("сырых") двоичных разрядов по каналу связи. При разработке сети необходимо убедиться, что когда одна сторона передает единицу, то принимающая сторона получает также единицу, а не ноль. Типичным вопросом здесь является, какое напряжение должно использоваться для отображения единицы, а какое для нуля; сколько микросекунд длится бит; может ли передача производиться одновременно в двух направлениях; как устанавливается начальная связь и как она прекращается, когда обе стороны закончили свои задачи; из какого количества проводов должен состоять кабель и какова функция каждого провода. Вопросы разработки в основном связаны с механическими, электрическими и процедурными интерфейсами, а также с физическим носителем, лежащим ниже физического уровня.

2.Уровень  передачи данных

Основная задача уровня передачи данных - преобразовать способность передачи "сырых" данных физического уровня в надежную линию связи, свободную от необнаруженных ошибок с точки зрения вышестоящего сетевого уровня. Уровень выполняет эту задачу при помощи разбиения входных данных на кадры, обычно размером от нескольких сот до нескольких тысяч байтов. Кадры данных передаются последовательно с обработкой кадров подтверждения, посылаемых обратно получателем. Поскольку физический уровень просто принимает и передает поток бит, невзирая на их значение или структуру, задача создания и распознавания границ кадров возложена на уровень передачи данных. Эта задача может быть выполнена при помощи добавления особых последовательностей битов к началу и концу кадра. Если подобные последовательности могут встречаться в данных, то следует предпринять специальные меры, чтобы гарантировать, что эти данные не были неправильно интерпретированы как разделители кадров. Обычно применяются специальные коды, гарантирующие, что такие последовательности в перекодированных данных не встретятся.

Шум на линии может полностью разрушить кадр. В данном случае уровень передачи данных может переслать кадр повторно. Однако многократные посылки одного и того же кадра могут привести к размножению кадров. Кадр может быть послан повторно, например, в случае потери кадра подтверждения из-за шумов. Все проблемы, связанные с поврежденными, потерянными и дублированными кадрами, уровень передачи данных должен решать самостоятельно. Уровень передачи данных может предоставлять сетевому уровню услуги различного класса, с разным качеством и по разной цене.

Еще одна проблема, возникающая  на уровне передачи данных (а также  и на большей части более высоких  уровней), - как не допустить ситуации, когда быстрый передатчик заваливает приемник данными. Должен быть предусмотрен некий механизм регуляции, который  информировал бы передатчик о наличии  свободного места в буфере приемника  на текущий момент. Часто подобное управление объединяется с механизмом обработки ошибок.

Если линия может использоваться для передачи данных в обоих направлениях, возникают дополнительные проблемы, которые должен разрешать уровень  передачи данных. Проблема возникает  из-за того, что кадры подтверждений  вступают в противоречие с двигающимися им навстречу кадрами данных, борясь за общую линию связи. Для разрешения данной проблемы имеется остроумное решение - совмещать передачу прямых и обратных пакетов (piggybacking), о чем  будет рассказано подробнее ниже.

В широковещательных сетях  существует еще одна проблема уровня передачи данных: как управлять доступом к совместно используемому каналу. Эта проблема разрешается введением  специального дополнительного подуровня  уровня передачи данных - подуровня  доступа к носителю.

3.Сетевой уровень

Сетевой уровень занимается управлением операциями подсети. Важнейшим  моментом здесь является определение  маршрутов пересылки пакетов  от источника к пункту назначения. Маршруты могут быть жестко заданы в виде таблиц и редко меняться. Кроме того, они могут задаваться в начале каждого соединения, например терминальной сессии. Наконец, они могут  быть в высокой степени динамическими, то есть вычисляемыми заново для каждого  пакета, с учетом текущей загруженности  сети.

Если в подсети одновременно присутствует слишком большое количество пакетов, то они могут закрыть  дорогу друг другу, образуя заторы в  узких местах. Недопущение подобной закупорки также является задачей  сетевого уровня.

Поскольку использование  подсетей обычно бывает не бесплатным, в сетевой уровень также встраиваются различные функции учета. Как  минимум, программа должна учитывать  количество пакетов или бит, переданных каждому клиенту, чтобы вычислить  сумму, которую он должен будет заплатить  оператору подсети за ее использование. При пересечении пакетом межгосударственных границ с различными тарифами по разные стороны такой подсчет может  значительно усложниться.

При путешествии пакета из одной сети в другую также может  возникнуть ряд проблем. Так, способ адресации, применяемый в одной  сети, может отличаться от принятого  в другой; могут различаться протоколы  и т. д. Именно сетевой уровень  должен разрешать все эти проблемы, позволяя объединять разнородные сети.

В широковещательных сетях  проблема маршрутизации очень проста, поэтому в них сетевой уровень  очень примитивный или вообще отсутствует.

4.Транспортный уровень

 Основная функция транспортного уровня - принять данные от сеансового уровня, разбить их при необходимости на небольшие части, передать их сетевому уровню и гарантировать, что эти части в правильном виде прибудут по назначению Кроме того, все это должно быть сделано эффективно и таким образом, чтобы изолировать более высокие уровни от каких-либо изменений в аппаратной технологии.

Обычно транспортный уровень создает отдельное сетевое соединение для каждого транспортного соединения, требуемого сеансовому уровню. Однако если транспортное соединение требует высокой пропускной способности, транспортный уровень может создать несколько сетевых соединений, разделяя поток данных между ними. С другой стороны, если создание или поддерживание сетевого соединения дорого, транспортный уровень может объединить несколько транспортных соединений в одном сетевом соединении для уменьшении цены отдельного соединение. Во всех случаях транспортный уровень делает подобное объединение или разделение соединений прозрачным для сеансового уровня.Транспортный уровень также определяет тип службы, предоставляемой сеансовому уровню и в конечном счете пользователям сети. Наиболее популярной разновидностью транспортного соединения является защищенный от ошибок канал между двумя точками, поставляющий сообщения или байты в том порядке, в каком они были отправлены. Однако транспортный уровень может предоставлять и другие типы служб, например пересылку отдельных сообщений, без гарантии соблюдения порядка их доставки, или одновременную отправку сообщения различным адресатам по принципу широковещания. Тип службы определяется при установке соединения.

Транспортный уровень  является настоящим сквозным уровнем, то есть доставляющим сообщения от источника до адресата. Другими словами, программа на машине-источнике поддерживает связь с подобной программой на другой машине при помощи заголовков сообщений  и управляющих сообщений. На более  низких уровнях для поддержки  этого соединения устанавливаются соединения между всеми соседними машинами, через которые проходит маршрут сообщений. Различие между уровнями с 1-го по 3-й, действующих по принципу звеньев цепи, и уровнями с 4-го по 7-й, являющимися сквозными, проиллюстрировано на рис. 1.1.

Большая часть хостов является многозадачными, это означает, что  каждый хост может одновременно поддерживать несколько входящих и несколько  исходящих соединений. При этом необходимо каким-то образом определять, к какому соединению относится каждое сообщение. Одним из возможных мест размещения этой информации является транспортный заголовок.

Помимо объединения нескольких потоков сообщений в один канал, транспортный уровень может также  следить за созданием и удалением  сетевых соединений. Для этого  требуется механизм именований, так  чтобы процесс на одной машине имел способ описать, с кем он хочет  общаться. Кроме того, должен существовать способ управления потоком информации, чтобы быстрый хост не затопил  потоком информации медленного собеседника. Такой механизм, называемый управлением  потоком, играет ключевую роль в транспортном уровне (а также и на других уровнях). Управление потоками между хостами  отличается от управления потоками между  маршрутизаторами, хотя позднее мы увидим, что в обоих случаях  применимы сходные принципы