Open Systems Interconnection OSI Модель OSI Модель

Open Systems Interconnection (OSI)

Модель OSI Модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open Systems Interconnection) была разработана Международной организацией по стандартизации (ISO – International Organization for Standardization) для единообразного подхода к построению и объединению сетей. Разработка модели OSI началась в 1977 году и закончилась в 1984 году утверждением стандарта. С тех пор модель является эталонной для разработки, описания и сравнения различных стеков протоколов.

Модель OSI

Уровни модели OSI • • • Прикладной (Application layer) – уровень прикладных программ, при работе которых возникает необходимость во взаимодействии с другими приложениями посредством передачи данных через сеть. Примером программ, работающих на данном уровне, могут служить броузер, почтовая программа, сетевая игра и т. д. Представления данных (Presentation layer) – данный уровень решает задачу преобразования информации из представления, используемого на прикладном уровне, в представление, используемое для передачи данных через сеть. Такое преобразование может заключаться в кодировании, сжатии, фрагментации и т. п. действиях. Сеансовый (Session layer) – данный уровень решает задачу синхронизации процессов, происходящих на узлах, участвующих в передачи данных. Синхронизация заключается в установлении моментов начала передачи, конца передачи, согласовании параметров передачи между узлами и т. п. Т. е. данный уровень фактически отвечает за установление сеанса связи с другим узлом сети.

Уровни модели OSI • • Транспортный (Transport layer)– данный уровень обеспечивает доставку информации от одного узла к другому с выполнением требуемых условий по надежности, скорости доставки и др. параметрам. Сетевой (Network layer)– данный уровень решает задачу адресации узлов в сети, задачу определения маршрута от одного узла к другому и задачу согласования параметров сетей, через которые проходят данные при взаимодействии узлов. Канальный (Data Link Layer) - данный уровень обеспечивает согласование между сетевым и физическим уровнем. Т. е. Преобразует данные в вид, удобный для передачи по каналам связи с использованием одной из известных технологий. Физический (Physical layer) – на данном уровне происходит фактическая передача данных по каналам связи. Каналы связи могут быть представлены – проводными линиями связи, радиоканалом, оптическими линиями связи и т. п. Соответственно данные могут передаваться в виде электрических, световых сигналов, в виде электромагнитных волн и т. п.

Уровни модели OSI

Термины уровней модели OSI Уровень модели OSI Тип данных Прикладной Сообщение Представления Поток Сеансовый Сеансы Транспортный Сегменты (segment) Сетевой Пакет (packet) Канальный Кадр (frame) Физический Бит (bit)

Одноранговая модель заимодействия • Многоуровневая модель OSI исключает прямую связь между равными по положению уровнями в разных компьютерных системах. • Каждый уровень решает свои задачи. Для выполнения своих задач, он должен общаться с соответствующим уровнем в другой системе. • Обмен сообщениями (блоками данных протокола – protocol data units, PDU) осуществляется с помощью протокола соответствующего уровня. • Обмен данными достигается за счет использования услуг уровней, лежащих на более низких уровнях.

Инкапсуляция данных Процесс передачи данных может быть схематично представлен следующим образом: • Формирование данных. • Упаковка данных для сквозной транспортировки. • Добавление сетевого адреса в заголовок. • Добавление локального адреса в канальный заголовок. • Преобразование в последовательность битов для передачи.

1. Физический уровень • Определяет физические и электрические характеристики канала передачи данных. • Физический уровень содержит следующие компоненты: кабели, коннекторы, коммутационные панели, плинты, концентраторы и центральные устройства связи (Multistation Access Unit, MAU). • Концепции физического уровня: топологии, аналоговое и цифровое кодирование, битовая синхронизация, узкополосный и широкополосный диапазоны, мультиплексирование и последовательная передача данных. • Единица измерения: бит.

Характеристики физических каналов • • Предложенная нагрузка — поток данных, поступающий от пользователя на вход сети (скорость поступления данных в сеть — в битах в секунду); Скорость передачи данных — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть; Емкость канала связи (пропускная способность) - максимально возможная скорость передачи информации по каналу; Полоса пропускания — этот термин используется в двух разных значениях. – – • Во-первых, с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он означает ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. Во-вторых, термин «полоса пропускания» используется как синоним термина «емкость канала связи» . Группа характеристик канала связи, связанная с возможностью передачи информации по каналу в одну или обе стороны: – – – Дуплексный канал обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях. Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди. Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении.

Среда передачи данных • Средой передачи данных называют физическую среду, используемую для прохождения сигнала. • Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. • Выделяют два больших класса сред передачи данных: – Кабельные системы; – Беспроводные системы. • Все кабели можно разделить на три большие группы: – электрические (медные) кабели на основе витых пар проводов; – электрические (медные) коаксиальные кабели (coaxial cable); – оптоволоконные кабели (fiber optic).

Коаксиальный кабель • Коаксиальный кабель (coaxial cable) состоит из медного центрального провода (токопроводящей жилы), окруженного изоляционным слоем и заземляющим проводом. Это все помещено во внешнюю защитную оболочку.

Кабели на основе витых пар • Витая пара состоит из изолированных медных проводов, заключенных во внешнюю защитную оплетку. Экранированная витая пара (STP – shielded twisted pair) имеет внешнюю защитную оплетку из фольги, которая улучшает защиту от радиочастотных и электромагнитных помех. Если витая пара не имеет дополнительного внешнего экранирования, она называется неэкранированной витой парой (UTP – unshielded twisted pair). Кабель состоит из медных проводов, скрученных друг с другом. Это переплетение проводов защищает передаваемые сигналы от радиочастотных и электромагнитных помех, а также от перекрестных помех. Каждый провод образует уравновешенную схему, так как напряжение в каждой паре использует ту же амплитуду, но с противоположной фазой. Тугое переплетение проводов обеспечивает большую устойчивость кабеля от помех и затухания сигнала. В UTP входит несколько категорий кабелей, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики. Разница в категориях кабеля основана на том, насколько туго сплетен кабель.

Категории витой пары • Существует несколько категорий кабеля «витая пара» . Категория определяет частоту сигнала и скорость передачи данных. Тип кабеля Скорость Категория 3 (Cat-3) 10 Мбит/с Категория 5 (Cat-5) 100 Мбит/с Категория 5 e (Cat 5 e) 100 Мбит/с; до 1000 Мбит/с Категория 6 (Cat-6) свыше 1000 Мбит/с

Схемы обжима витой пары • Прямой кабель: • Наиболее распространенная схема обжима коммутационного кабеля. • Применяется для подключения компьютера к центральному устройству связи, например к коммутатору. • Перекрестный кабель: • Применяется для непосредственного соединения двух однотипных устройств без использования концентратора.

Порты MDI и MDI-X • MDI, Medium Dependent Interface (интерфейс, зависящий от среды передачи) является разновидностью Ethernetпорта и предназначен для подключения витой пары. • Жилы в кабеле для обмена данными между компьютером и другими устройствами должны перекрещиваться. • Для подключения компьютера к центральному соединительному устройству не следует применять перекрестный кабель; в таких устройствах используются порты MDI-X (кроссированный интерфейс MDI), которые обеспечивают необходимое перекрещивание проводов.

Ослабление — отношение мощности принятого сигнала к мощности отправленного сигнала. • Измеряется в децибелах (д. Б). • Согласно стандарту IEEE 802. 3, длина кабеля «витая пара» не должна превышать 100 метров. В противном случае ослабление сигнала не позволит устройствуприемнику корректно обработать полученную информацию. • Для передачи сигнала на расстояния свыше 100 метров применяется сигнальный повторитель, концентратор или коммутатор.

Помехи — любые явления, разрушающие или изменяющие структуру передаваемого по проводу сигнала. • Источники электромагнитного излучения: • • Светильники. Электрические розетки. Двигатели. Бытовая техника. • Кабели с медными жилами и сетевые устройства по возможности следует размещать в удалении от этих электрических устройств и силовых кабелей.

Электромагнитные помехи (ЭМП) • Электромагнитная помеха (ЭМП) — это возмущения электромагнитного поля, которые могут негативно влиять на работу электрических цепей, устройств и кабелей изза проводимости и, возможно, излучения. • Источником электромагнитных помех может быть любое электрическое устройство: телевизор, кондиционер, электродвигатель, неэкранированный электрический кабель (Romex). • Во избежание сбоев в работе сети кабели с медными жилами и сетевые устройства по возможности следует размещать в удалении от этих электрических устройств и силовых кабелей.

Радиопомехи (РЧП) • Помехи этого типа могут быть вызваны радиосигналами с амплитудной и частотной модуляцией, а также излучением базовых станций сотовой связи. • Радиопомехи являются разновидностью ЭМП и часто не выделяются в отдельную категорию. • Для подавления внешних радиосигналов на определенных частотах можно использовать фильтры. Однако такое излучение обычно не сказывается на работе стандартных проводных сетей Ethernet.

Перекрестные наводки — искажение сигнала, передаваемого по одному проводу (или паре проводов), сигналом, передаваемым по другому проводу (или паре проводов). • Перекрестные наводки, возникающие в кабелях «витая пара» , делятся на два типа: • Перекрестная наводка на ближнем конце (наводка NEXT, Near End Crosstalk) возникает при появлении помехи между двумя парами проводов одного кабеля на ближнем к передатчику отрезке кабеля. • Перекрестная наводка на дальнем конце (наводка FEXT, Far End Crosstalk) возникает при появлении аналогичной помехи на дальнем от передатчика отрезке кабеля.

Экранированная витая пара (Shielded Twisted-Pair, STP) • Изоляция кабеля STP содержит дополнительный алюминиевый слой.

Оптоволоконный кабель • • • Оптоволоконный кабель использует разновидность стекла, через которое передаются световые волны. Эти световые волны переносят данные. Стеклянное ядро окружено защитной оболочкой, которая, в свою очередь, помещена в наружную оплетку. Оптоволоконный кабель (Fiber Optic Cable) обеспечивает высокую скорость передачи данных на большом расстоянии. Они также невосприимчивы к интерференции и подслушиванию. В оптоволоконном кабеле для передачи сигналов используется свет. Существуют два типа оптоволоконных кабелей – одномодовые и многомодовые. Одномодовые кабели имеют меньший диаметр, большую стоимость и позволяют передачу информации на большие расстояния. Поскольку световые импульсы могут двигаться в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента. Оптоволоконный кабель требует специальных коннекторов и высококвалифицированной установки.

Оптоволоконные кабели

Среда передачи данных Тип кабеля Коаксиальный кабель Характеристика Максимальное Максимальная скорость расстояние передачи 185 – 500 м 10 Мбит/с "Витая пара" 30 – 100 м 10 Мбит/с – 1 Гбит/с Оптоволоконный кабель 70 км 10 Мбит/с – 2 Гбит/с

Беспроводные сети • Позволяют подключаться к сети без использования проводного соединения. • Допускают ограниченное перемещение устройств. • Позволяют подключать к имеющейся беспроводной сети новые устройства; могут использоваться для подключения локальной сети к Интернету. • Некоторые беспроводные устройства могут соединяться непосредственно друг с другом по схеме «точка-точка» .

Беспроводная сеть (Wireless LAN, WLAN) • Беспроводная сеть — сеть, состоящая по крайней мере из одной точки беспроводного доступа и переносного устройства (или компьютера), подключенного к этой точке доступа. • Как правило, такие сети основаны на технологии Ethernet; однако могут использоваться и другие технологии. • Точка беспроводного доступа и другие беспроводные устройства должны соответствовать стандарту WLAN IEEE 802. 11. Это обеспечивает их совместимость. • Wireless Fidelity (Wi-Fi) — товарный знак устройств, поддерживающих подключение к беспроводным сетям.

Стандарты беспроводных сетей Стандарт IEEE 802. 11 Максимальная скорость передачи данных Частота 802. 11 a 54 Мбит/с 5 ГГц 802. 11 b 11 Мбит/с 2, 4 ГГц 802. 11 g 54 Мбит/с 2, 4 ГГц 802. 11 n 600 Мбит/с 2, 4 ГГц и 5 ГГц 802. 11 ac 866, 7 Мбит/с 5 ГГц

Топология вычислительных сетей

Топология вычислительных сетей шина звезда кольцо ячеистая топология

Топология вычислительных сетей Топология типа Шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор). Кольцо — базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. Ячеистая топология— соединяет каждую рабочую станцию сети со всеми другими рабочими станциями этой же сети.

2. Канальный уровень • Управляет передачей данных; обеспечивает безошибочную передачу данных через физический уровень. • Физический адрес (шестнадцатеричное число, которое записывается в ПЗУ сетевой карты), т. е. MAC-адрес, позволяет однозначно идентифицировать каждое устройство. Этот адрес используется на канальном уровне. • Компоненты канального уровня: сетевые карты и мосты. • Единица измерения: кадр.

MAC-адрес • Сетевым адаптерам в сети Ethernet присваиваются уникальные MAC-адреса. • MAC-адреса являются уникальными идентификаторами сетевых адаптеров; эти адреса присваиваются производителем оборудования. • MAC-адрес состоит из шести октетов в шестнадцатеричном формате (48 бит). 08 -00 -27 -00 -50 -8 A

Коммутатор - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор обычно работает на канальном (втором) уровне модели OSI.

Объединение устройств в сеть • Прямое соединение компьютеров • Соединение компьютеров через центральный компьютер

Сетевой концентратор (хаб, hub) Сетевой концентратор - многопортовый повторитель, т. е. если концентратор принимает на один из своих портов какую то информацию (набор кадров), то он рассылает ее на все остальные свои порты.

Сетевой коммутатор (свитч, switch) Коммутатор передает информацию только адресату. Для этой цели в коммутаторах существует специализированная таблица коммутации, в которой фиксируются mac адреса устройств подключенных к его портам.

Технология Ethernet • См. 3. Ethernet. ppt

3. Сетевой уровень • Управляет маршрутизацией и коммутацией при • • • передаче информации между различными сетями. Преобразовывает логические адреса или имена в физические адреса. Протокол IP (Internet Protocol) — это протокол сетевого уровня. На сетевом уровне работают маршрутизаторы и IPкоммутаторы. Компоненты сетевого уровня : IP-адреса, подсети. Единица измерения: пакет.

IPv 4 • См. 4. IPv 4. ppt

IPv 6 • См. 5. IPv 6. ppt

Подсети и маршрутизация • См. 6. Маршрутизация. ppt

4. Транспортный уровень • Этот уровень обеспечивает безошибочную передачу сообщений в правильном порядке, без потерь и дублирования. • Протоколы этого уровня сегментируют сообщения, обеспечивают их сборку на стороне приема, подтверждают получение и управляют трафиком сообщений. • На транспортном уровне используются протоколы передачи данных с установлением соединения и без него. • Используемая единица измерения: сегмент или сообщение.

Функции транспортного уровня • • • Контроль потока; Создание соединений между узлами; Сегментация передаваемых данных; Пересборка пакетов; Обеспечение надежности доставки.

TCP и UDP • На транспортном уровне используются протоколы передачи данных с установлением соединения и без него. • Протокол TCP (Transmission Control Protocol) предоставляет приложениям надежный доступ к службам управления потоком байтов с установлением соединения. • Протокол UDP (User Datagram Protocol) предоставляет транспортный сервис без установки соединения. Этот протокол не гарантирует доставку данных.

Характеристики UDP • Протокол TCP работает на 4 м уровне модели OSI; • Протокол без установки соединения; • Протокол с ограниченной проверкой на возникновение ошибок; • Нет функции восстановления данных; • Протокол с наибольшей скоростью доставки.

Заголовок UDP

Характеристики TCP • • Протокол TCP работает на 4 м уровне модели OSI; Протокол с установкой соединения; Полнодуплексный способ работы; Проверка на возникновение ошибок; Контроль потока; Пересборка пакетов; Функция восстановления данных.

Заголовок TCP • • Порт источника и порт приемника Номер в последовательности (sequence number). 32 -битовое поле, содержимое которого определяет (косвенно) положение данных TCP-пакета внутри исходящего потока данных, существующего в рамках текущего логического соединения. Номер подтверждения (acknowledgement number). 32 -битовое поле, содержимое которого определяет (косвенно) количество принятых данных из входящего потока к TCP-модулю, формирующему TCP-пакет. Смещение данных. четырехбитовое поле, содержащее длину заголовка TCP-пакета в 32 -битовых словах и используемое для определения начала расположения данных в TCP-пакете. Размер окна. 16 -битовое поле, содержащее количество байт информации, которое может принять в свои внутренние буфера TCP-модуль, отправляющий партнеру данный TCP-пакет. Контрольная сумма. 16 -битовое поле, содержащее Internet-контрольную сумму, подсчитанную для TCP-заголовка, данных пакета и псевдозаголовка. Указатель. 16 -битовое поле, содержащее указатель (в виде смещения) на первый байт в теле TCP-пакета, начинающий последовательность важных (urgent) данных. Дополнительные данные заголовка. последовательность полей произвольной длины, описывающих необязательные данные заголовка.

Порты • Порты относятся к протоколу четвертого уровня, который используется компьютером для передачи данных. • Порты выступают в качестве логической коммуникационной конечной точки и используются конкретной программой для доставки отправленных данных. • Общее количество портов: 65 536 (0 - 65 535). • Порты определяет Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов Интернет (Internet Assigned Numbers Authority, IANA). Порты разделены на несколько категорий.

Основные номера протоколов

5. Сеансовый уровень • Сеансовый уровень управляет созданием, поддержанием и прекращением сеанса связи между сетевыми устройствами. • Пример: вход и выход из системы. • Этот уровень управляет базами данных имен и адресов для ОС. • Протокол Net. BIOS (Network Basic Input Output System) работает на этом уровне.

6. Уровень представления • На этом уровне осуществляется преобразование отправленных данных с учетом требований операционных систем получателя. • Концепции уровня представления данных: преобразование символьных кодов, сжатие и шифрование данных. • На этом уровне работают перенаправители, такие как размеченные сетевые диски, которые позволяют компьютеру получить доступ к общим файлам, расположенным на удаленных узлах.

7. Прикладной уровень • Предоставляет пользователям и приложениям доступ к сетевым службам. • На этом уровне начинается создание сообщений. • Пользовательские протоколы, такие как FTP, SMTP, Telnet и RAS, работают на этом уровне. • Уровень приложений — это не само приложение, а протоколы, которые инициируются этим уровнем.

Модель TCP/IP Уровень Описание Уровень приложений Определяет прикладные протоколы TCP/IP. Протоколы HTTP, Telnet, FTP, SMNP, DNS Транспортный уровень Обеспечивает TCP, UDP, RTP управление сеансами связи. Уровень Интернета Обеспечивает упаковку и маршрутизацию данных. Сетевой интерфейс Управляет Ethernet, Token Ring, физической Frame Relay передачей данных по сети. IP, ICMP, ARP, RARP

Модель OSI и модель TCP/IP

STP • 7. STP. ppt