Модель OSI. 2
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);
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.
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
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
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
В широковещательных сетях
существует еще одна проблема уровня
передачи данных: как управлять доступом
к совместно используемому
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
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
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
5.Сеансовый уровень
Сеансовый уровень позволяет
пользователям различных
Одной из служб, предоставляемых сеансовым уровнем, является управление маркерами. Для некоторых протоколов бывает существенно, чтобы две стороны не пытались выполнить одновременно одну и ту же операцию. Для управления подобной активностью сеансовый уровень выпускает маркеры, которыми обмениваются участники сети. Критичную операцию может выполнить только компьютер, владеющий маркером.
Еще одной службой, предоставляемой сеансовым уровнем, является синхронизация. Представим себе проблему, возникающую при передаче длинного файла, для полного переноса которого требуется два часа, при этом приблизительно раз в час по какой-нибудь причине связь прерывается. При прерывании связи передача файла прекращается и начинается снова с начала файла, а примерно через час прерывается снова. Для устранения этой проблемы сеансовый уровень сохраняет контрольные точки потока данных, так что после восстановления связи передача возобновляется с момента последней контрольной точки, то есть уже успешно переданные блоки данных повторно не передаются.
6.Уровень представления
В отличие от более низких уровней, задача которых - достоверная передача бит и байтов, уровень представления занимается по большей части синтаксисом и семантикой передаваемой информации.
Типичный пример служб
уровня представления - кодирование
передаваемых данных определенным стандартным
образом. Большинство программ обменивается
не двоичными блоками данных, а
именами людей, датами, денежными
суммами и счетами на товары. Подобная
информация состоит из текстовых
строк, целых чисел, чисел с плавающей
точкой и структур данных, состоящих
из более простых элементов. На различных
компьютерах могут
7.Прикладной уровень
Прикладной уровень содержит
набор популярных протоколов. Так, в
мире существуют сотни несовместимых
друг с другом типов терминалов.
Представьте себе проблему полноэкранного
текстового редактора, который должен
работать по сети одновременно с большим
количеством различных
Один из способов решить эту проблему - определить абстрактный виртуальный сетевой терминал, для работы с которым могут быть написаны редактор и другие программы. Для поддержки каждого типа терминала может быть написан специальная программа отображения функций виртуального сетевого терминал на реальный терминал. Например, когда редактор перемещает курсор виртуального терминала в левый верхний угол экрана, данная программа должна выдавать соответствующую управляющую последовательность для реального терминала, чтобы его курсор также переместился в то же место. Все программное обеспечение, занятое поддержкой реальных терминалов, располагается в прикладном уровне.
Еще одной функцией прикладного
уровня является перенос файлов. В
различных файловых системах используются
различные соглашения об именах файлов,
различные способы
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 ISO.
Aдреса сетевого уровня
(называемые также
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
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) oбозначает 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.
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) – "Конечная система" относится к любому устройству сети, не занимающемуся маршрутизацией.
Intermediate system (IS) – "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
ISO 8648
На этот документ обычно ссылаются как на "внутреннюю организацию сетевого уровня" (internal organization of the network level - IONL). Он описывает, каким образом можно разбить сетевой уровень на три отдельных различимых друг от друга подуровня, чтобы обеспечить поддержку для различных типов подсетей.
ISO 8348
Этот документ обычно называют "определение услуг сети" (network service definition). Он описывает ориентированные на установление логического соединения услуги и услуги без установления соединения, которые обеспечивает сетевой уровень OSI. Адресация сетевого уровня также определена в этом документе. Определение услуг в режиме без установления соединения и определение адресации раньше были опубликованы отдельным дополнением к ISO 8348; однако вариант ISO 8348 1993 года объединяет все дополнения в отдельный документ.
ISO TR 9575
Этот документ описывает структуру, концепции и терминологию, использованную в протоколах маршрутизации OSI.
ISO TR 9577
Этот документ описывает, как отличать друг от друга большое число протоколов сетевого уровня, работающих в одной и той же среде. Это необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы сетевого уровня OSI не различаются с помощью какого-либо идентификатора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня.
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).