Уровни модели OSI и TCP/IP
Южный
Федеральный университет
Экономический
факультет
Кафедра
прикладной информатики
РЕФЕРАТ
по
теме: «Уровни модели OSI и TCP/IP»
Студентка Беглецова
М. С.
Группа 1.11
Преподаватель
Орехова О.Д.
Ростов-на-Дону
Оглавление
1. Сетевая
модель
2. Модель
OSI
2.1
Физический уровень
2.2
Канальный уровень
2.3 Сетевой
уровень
2.4 Транспортный
уровень
2.5 Сеансовый
уровень
2.6 Уровень
представления
2.7 Прикладной
уровень
3. Стек
протоколов TCP/IP
3.1
Канальный уровень
3.2
Сетевой уровень
3.3 Транспортный
уровень
3.4 Прикладной
уровень
. Сетевая
модель
Сетевая модель - теоретическое
описание принципов работы набора сетевых протоколов, взаимодействующих друг с
другом. Модель обычно делится на уровни, так, чтобы протоколы вышестоящего
уровня использовали бы протоколы нижестоящего уровня (точнее, данные протокола
вышестоящего уровня передавались бы с помощью нижележащих протоколов - этот
процесс называют инкапсуляцией, процесс извлечения данных вышестоящего уровня
из данных нижестоящего - деинкапсуляцией). Модели бывают как практические
(использующиеся в сетях, иногда запутанные и/или не полные, но решающие
поставленные задачи), так и теоретические (показывающие принципы реализации
сетевых моделей, приносящие в жертву наглядности производительность/возможности).
[5]
Наиболее известные сетевые модели:
Модель OSI, она же Модель ВОС,
Взаимосвязь открытых систем. Эталонная модель - теоретическая модель, описанная
в международных стандартах и ГОСТах.
Модель DOD (Модель TCP/IP) -
практически использующаяся модель, принятая для работы в Интернете.
Модель SPX/IPX - модель стека
SPX/IPX (семейство протоколов для ЛВС).
Модель AppleTalk - модель для сетей
AppleTalk (протоколы для работы сетей с оборудованием Apple).
2. Модель OSI
Эталонная модель OSI, иногда
называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию (см Рис.
1), разработанную Международной организацией по стандартам (International
Standardization Organization - ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2
различных модели:
горизонтальную модель на базе
протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на
различных машинах
вертикальную модель на основе услуг,
обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине
В горизонтальной модели двум
программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной -
соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.[1]
Рис. 1. Модель OSI
.1 Физический уровень
Физический уровень получает пакеты
данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или
электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы
посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и
электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом
уровне и включают:
Тип кабелей и разъемов
Разводку контактов в разъемах
Схему кодирования сигналов для
значений 0 и 1
На этом уровне также работают
концентраторы, повторители сигнала и медиаконвертеры.
К числу наиболее распространенных
спецификаций физического уровня относятся:RS-232-C, CCITT V.24/V.28 -
механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного
интерфейса.RS-422/449, CCITT V.10 - механические, электрические и оптические
характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.
IEEE 802.3
-- Ethernet802.5 -- Token ring[1]
.2 Канальный уровень
Канальный уровень (англ. data link
layer) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей по физическому уровню
и контролем над ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического
уровня данные, представленные в битах, он упаковывает в кадры, проверяет их на
целостность и, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос
поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может
взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и
управляя этим взаимодействием.
Спецификации IEEE 802.x делят
канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC (англ.
logical link control)) и управление доступом к среде (MAC (англ. media access
control)). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC
регулирует доступ к разделяемой физической среде.
На этом уровне работают коммутаторы,
мосты и другие устройства. Эти устройства используют адресацию второго уровня
(по номеру уровня в модели OSI).
Наиболее часто используемые на
уровне 2 протоколы включают:для последовательных соединений802.2 LLC (тип I и
тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x
Ethernetring.25
Frame relay[1]
В программировании этот уровень
представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный
интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой. Это не
новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких
интерфейсов: ODI, NDIS, UDI.[3]
2.3 Сетевой
уровень
Сетевой уровень отвечает за деление
пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на
основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень
обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.
Протоколы сетевого уровня
маршрутизируют данные от источника к получателю. Работающие на этом уровне
устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по
номеру уровня в модели OSI).
Наиболее часто на сетевом уровне
используются протоколы:
IP (Internet
Protocol) (Internetwork Packet Exchange) - протокол межсетевого обмена
X.25 (частично этот протокол
реализован на уровне 2)- сетевой протокол без организации соединений[1]
IPsec
(Internet Protocol Security)
Протоколы маршрутизации
- RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).[3]
2.4 Транспортный
уровень
Транспортный уровень (англ.
transport layer) модели предназначен для обеспечения надёжной передачи данных
от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в
широких пределах. Существует множество классов протоколов транспортного уровня,
начиная от протоколов, предоставляющих только основные транспортные функции
(например, функции передачи данных без подтверждения приема), и заканчивая
протоколами, которые гарантируют доставку в пункт назначения нескольких пакетов
данных в надлежащей последовательности, мультиплексируют несколько потоков
данных, обеспечивают механизм управления потоками данных и гарантируют
достоверность принятых данных.
Наиболее распространенные протоколы
транспортного уровня включают:
TCP
(Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей(NetWare
Core Protocol) - Netware Core Protocol (Sequenced Packet Exchange) - упорядоченный обмен пакетами[3]
2.5 Сеансовый
уровень
Сеансовый уровень (англ. session
layer) модели обеспечивает поддержание сеанса связи, позволяя приложениям
взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет
созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач,
определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды
неактивности приложений.
На сеансовом уровне определяется,
какой будет передача между двумя прикладными процессами:
полудуплексной (процессы будут
передавать и принимать данные по очереди);
Сеансовый уровень отвечает за
организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы
сеансового уровня обычно являются составной частью протоколов трех верхних
уровней модели.
Протоколы сеансового
уровня:(AppleTalk Session Protocol)
iSNS
(Internet Storage Name Service)
PAP
(Password Authentication Protocol)(Real-time Transport Control Protocol)[6]
2.6 Уровень
представления
Уровень представления (англ. presentation layer)
обеспечивает преобразование протоколов и шифрование/расшифровку данных
Этот уровень обеспечивает то, что информация,
передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой
системе. В случаях необходимости уровень представления в момент передачи
информации выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат
представления, а в момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование.
Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические
различия в представлении данных. Такая ситуация может возникнуть в ЛВС с
неоднотипными компьютерами (IBM PC и Macintosh), которым необходимо
обмениваться данными.
В основу общего представления данных положена
единая для всех уровней модели система ASN.1. Эта система служит для описания
структуры файлов, а также позволяет решить проблему шифрования данных. На этом
уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которым
секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов.
Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который
обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня
стека TCP/IP. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование,
компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного
уровня.
Протоколы уровня представления
данных обычно являются составной частью протоколов трех верхних уровней модели.[3]
2.7 Прикладной
уровень
Прикладной уровень (уровень приложений; англ.
application layer) - верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие
пользовательских приложений с сетью:
позволяет приложениям использовать сетевые
службы;
отвечает за передачу служебной информации;
предоставляет приложениям информацию об ошибках;
формирует запросы к уровню представления.
В действительности прикладной уровень - это
набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают
доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые
Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например с помощью
протокола электронной почты. Специальные элементы прикладного сервиса
обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как программы
пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например программе необходимо
переслать файлы, то обязательно будет использован протокол передачи, доступа и
управления файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). В модели OSI
прикладная программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например,
обновить базу данных на компьютере), посылает конкретные данные в виде
Дейтаграммы на прикладной уровень. Одна из основных задач этого уровня -
определить, как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими
словами, какой вид должен принять данный запрос.
К числу наиболее распространенных протоколов
верхних трех уровней относятся:
FTP (File Transfer Protocol) протокол
передачи
файлов;(Trivial
File Transfer Protocol) простейший
протокол
пересылки
файлов;
X.400 электронная почта;работа с удаленным
терминалом;(Simple Mail Transfer Protocol) простой протокол почтового
обмена;(Common Management Information Protocol) общий протокол управления
информацией;(Serial Line IP) IP для последовательных линий. Протокол
последовательной посимвольной передачи данных;(Simple Network Management
Protocol) простой протокол сетевого управления;
FTAM (File Transfer, Access, and
Management) протокол передачи, доступа и управления файлами.[6]
3. Стек протоколов TCP/IP
Transmission Control
Protocol/Internet
Protocol
(TCP/IP)
-
это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.
Стек был разработан по инициативе Министерства
обороны США (Department of Defence, DoD) для связи экспериментальной сети
ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для
разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и
исследователей в военных областях. В ней связь между двумя компьютерами осуществлялась
с использованием протокола IP, который и по сей день является одним из основных
в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Лидирующая роль стека TCP/IP объясняется
следующими его свойствами:
Почти все большие сети передают основную часть
своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
Этот стек служит основой для создания intranet-
корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую
технологию WWW, разработанную в Internet.
Все современные операционные системы
поддерживают стек TCP/IP.
Это гибкая технология для соединения разнородных
систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных
сервисов.
Это устойчивая масштабируемая межплатформенная
среда для приложений клиент-сервер
Так как стек TCP/IP был разработан до появления
модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет
многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI
достаточно условно.
Структура протоколов TCP/IP
приведена на Рис. 2. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.[2]
Рис. 2. Стек TCP/IP
3.1 Канальный уровень
Уровень IV соответствует физическому
и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не
регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и
канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast
Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений
"точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с
коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная
спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта
канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или
глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки
соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.[2]
.2 Сетевой уровень
Уровень III - это уровень
межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с
использованием различных транспортных технологий локальных сетей,
территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.
В качестве основного протокола
сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP,
который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных
сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как
локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в
сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и
экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол
IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку
пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
К уровню межсетевого взаимодействия
относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц
маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP(Routing
Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол
межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol).
Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между
маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных
пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени
жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных
величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о
состоянии системы и т.п.[2]
3.3 Транспортный
уровень
Уровень II называется основным.
Протоколы транспортного уровня
(Transport layer) могут решать проблему негарантированной доставки сообщений
(«дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную
последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы
определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.
Протоколы автоматической
маршрутизации, логически представленные на этом уровне (поскольку работают
поверх IP), на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня; например
OSPF (IP идентификатор 89).(IP идентификатор 6) - «гарантированный»
транспортный механизм с предварительным установлением соединения,
предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в
безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и
устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а
также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более
того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же
последовательности. В этом его главное отличие от UDP.(IP идентификатор 17)
протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют
протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в
доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В
приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол
TCP.обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные
игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не
оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где
создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.
И TCP, и UDP используют для
определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.[4]
3.4 Прикладной
уровень
Уровень I называется прикладным. За
долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP
накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним
относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов
FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в
электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной
информации, такие как WWW и многие другие.
Протокол пересылки файлов FTP (File
Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы
обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с
установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает
и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы
с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов.
Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить
доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое
имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная
аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого
доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.
Протокол telnet обеспечивает
передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом.
Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного
компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет
удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид
доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как
минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты,
например, систему Kerberos.
Протокол SNMP (Simple Network
Management Protocol) используется для организации сетевого управления.
Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления
маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С
ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым
коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами
и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.
Заключение
Модель OSI широко используется при
обсуждении проблем работы сетевых протоколов и служб, однако ее строгое
применение к протоколам и службам, образующим TCP/ IP может оказаться сложным.
Причина состоит в том, что разработка TCP/IP началась до появления модели OSI.
Но при этом прибегали к похожей модели, которую иногда называют моделью DOD
(Department of Defense - Министерство обороны) или DARPA.
Но, хотя набор протоколов TCP/IP и
не совсем соответствует модели OSI, она все же может быть полезной при
обсуждении определенных аспектов протоколов и служб TCP/IP.
Список источников
сетевая модель
протокол данные
CIT-Forum.
Модель OSI. <http://citforum.ru/nets/switche/osi.shtml>Forum. Стек
протоколов TCP/IP. <http://citforum.ru/nets/ip/glava_2.shtml>
Википедия:
Модель OSI. <https://ru.wikipedia.org/wiki/Сетевая_модель_OSI>
Википедия:
TCP/IP. <https://ru.wikipedia.org/wiki/TCP/IP>
Википедия:
Сетевая модель. <https://ru.wikipedia.org/wiki/Сетевая_модель>
Научная
библиотека избранных естественнонаучных изданий научная-библиотека.рф. Учебное
пособие Информационно-вычислительные сети (Капустин В., Дементьев Е. 2011) -
Глава 1.4. Семиуровневая модель OSI. <http://sernam.ru/book_icn.php?id=6>