Linux: Полное руководство - Денис Колисниченко

Из рис. 6.2 видно, что по мере прохождения сообщения через уровни модели OSI к пересылаемым данным добавляется служебная информация, свидетельствующая о прохождении данных через определенный уровень.

Рассмотрим взаимодействие двух компьютеров более подробно на примере файловой службы. Допустим, нам (компьютер 1) нужно записать какую-нибудь информацию в файл на удаленном компьютере 2. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. В заголовке содержится различная служебная информация: например, адреса нашего компьютера и компьютера-получателя, имя и расположение файла. В поле данных в нашем случае находится содержимое файла.

Приложение (процесс 1) формирует стандартное сообщение, которое передается прикладному уровню. Точнее, процесс 1 работает на прикладном уровне.

После формирования сообщения прикладной уровень передает его представительному уровню. На этом уровне в заголовок добавляются указания для представительного уровня компьютера-адресата. Потом сообщение передается сеансовому уровню, который добавляет свою информацию и т.д. Процесс вложения одного протокола в другой называется инкапсуляцией.

Когда сообщение поступает на компьютер-адресат, оно принимается физическим уровнем и передается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует содержимое заголовка своего уровня, выполняет содержащиеся в нем указания, затем удаляет относящуюся к себе информацию из заголовка и передает сообщение далее вышележащему уровню. Этот процесс называется декапсуляцией. Далее мы рассмотрим каждый из уровней взаимодействия отдельно.

6.1.2. Уровни взаимодействия OSI

Физический уровень (Physical Layer)

Физический уровень передает биты по физическим каналам связи, например, коаксиальному кабелю или витой паре. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, которые передают дискретную информацию, например: тип кодирования, скорость передачи сигналов. К этому уровню также относятся характеристики физических сред передачи данных: полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащищенность.

Функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или последовательным портом. Примером протокола физического уровня может послужить спецификация 100Base-TX (технология Ethernet).

Канальный уровень (Data link Layer)

Канальный уровень отвечает за передачу данных между узлами в рамках одной локальной сети. Узлом будем считать любое устройство, подключенное к сети.

Этот уровень выполняет адресацию по физическим адресам (MAC-адресам), «вшитым» в сетевые адаптеры предприятием-изготовителем. Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный MAC-адрес.

Канальный уровень переводит поступившую с верхнего уровня информацию в биты, которые потом будут переданы физическим уровнем по сети. Он разбивает пересылаемую информацию на фрагменты данных — кадры (frames).

На этом уровне открытые системы обмениваются именно кадрами. Процесс пересылки выглядит примерно так: канальный уровень отправляет кадр физическому уровню, который отправляет кадр в сеть. Этот кадр получает каждый узел сети и проверяет, соответствует ли адрес пункта назначения адресу данного узла. Если адреса совпадают, канальный уровень принимает кадр и передает наверх вышележащим уровням. Если же адреса не совпадают, то он просто игнорирует кадр.

В используемых в локальных сетях протоколах канального уровня заложена определенная топология, то есть способ организации и адресации физических связей. Канальный уровень обеспечивает доставку данных между узлами в сети с определенной топологией, а именно той, для которой он разработан. Основные топологии показаны на рисунке 6.3.

Рис. 6.3. Основные топологии локальных компьютерных сетей

Сетевой уровень (Network Layer)

Канальный уровень обеспечивает связь только между компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи, то есть в рамках локальной сети. Межсетевое взаимодействие обеспечивает сетевой уровень.

Локальные сети соединяются специальными устройствами — маршрутизаторами. Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на основании этой информации пересылает сообщения сетевого уровня в сеть назначения. Сообщения на сетевом уровне называются пакетами. Чтобы передать пакет от компьютера-отправителя компьютеру-адресату, который находится в другой локальной сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передан между сетями. Иногда их еще называют хопами (от англ. hop — прыжок). При этом каждый раз выбирается подходящий маршрут.

На сетевом уровне работают несколько видов протоколов: сетевые протоколы, которые обеспечивают передвижение пакетов по сети; протоколы маршрутизация RIP и OSPF; протоколы разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol).

Классические примеры протоколов сетевого уровня: IP (стек TCP/IP), IPX (стек Novell).

Транспортный уровень (Transport Layer)

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Некоторые приложения самостоятельно выполняют обработку ошибок при передаче данных, но большинство все же предпочитают иметь дело с надежным соединением, которое как раз и призван обеспечить транспортный уровень. Этот уровень обеспечивает требуемую приложению или верхнему уровню (сеансовому или прикладному) надежность доставки пакетов. На транспортном уровне определены пять классов сервиса:

1. Срочность.

2. Восстановление прерванной связи.

3. Наличие средств мультиплексирования нескольких соединений.

4. Обнаружение ошибок.

5. Исправление ошибок.

Обычно уровни модели OSI, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются на программном уровне соответствующими компонентами операционных систем.

Примеры протоколов транспортного уровня: TCP и UDP (стек TCP/IP), SPX (стек Novell).

Сеансовый уровень (Session Layer)

Сеансовый уровень устанавливает и разрывает соединения между компьютерами, управляет диалогом между ними, а также предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации позволяют вставлять определенную контрольную информацию в длинные передачи (точки), чтобы в случае обрыва связи можно было вернуться назад (к последней точке) и продолжить передачу.

Сеанс — это логическое соединение между компьютерами. Каждый сеанс имеет три фазы:

1. Установление соединения. Здесь узлы «договариваются» между собой о протоколах и параметрах связи.

2. Передача информации.

3. Разрыв связи.

Не нужно путать сеанс сетевого уровня с сеансом связи. Пользователь может установить соединение с Интернетом, но не устанавливать ни с кем логического соединения, то есть не принимать и не передавать данные.

Представительный уровень (Presentation Layer)

Представительный уровень изменяет форму передаваемой информации, но не изменяет ее содержания. Например, средствами этого уровня может быть выполнено преобразование информации из одной кодировки в другую, шифрование и дешифрование данных.

Пример протокола представительного уровня: SSL (Secure Socket Layer), обеспечивающий секретный обмен данными.

Прикладной уровень (Application Layer)

Это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к совместно используемым ресурсам. Единица данных называется сообщением.

Примеры протоколов: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS.

Интернет и модель OSI

При взаимодействии открытой системы и Интернета модель OSI упрощается, так как некоторые протоколы Интернета включают в себя функции нескольких уровней. Если к сети Интернет подключается один пользователь, а не вся сеть, то автоматически исчезают канальный и физический уровни, потому что нет сетевых адаптеров, а значит, нет и физических адресов. В данном случае конечным протоколом будет протокол типа «точка-точка», например, PPP. В этот протокол будут вложены все остальные.

Основные протоколы

Среди сетевых протоколов выделяются следующие основные:

♦ TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) — святыня всех святынь. Это базовый транспортный сетевой протокол. На этом протоколе основана вся сеть Интернет.

♦ RIP (Routing Information Protocol) используется для маршрутизации пакетов в компьютерных сетях.

♦ ICMP (Internet Control Message Protocol) — протокол межсетевых управляющих сообщений. Он применяется для проверки доступности узла, установления соединения и т.п.

♦ FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов. Служит для обмена файлами между системами. Например, вам нужно передать файл на сервер или, наоборот, скачать файл с сервера. Для этого вам нужно подключиться к файловому серверу (он же FTP-сервер) и выполнить необходимую вам операцию. Подключение осуществляется с помощью FTP-клиента. Простейший FTP-клиент входит в состав практически любой операционной системы. Обычно для запуска FTP-клиента нужно ввести команду ftp.