1. Еталонна модель взаємодії відкритих систем
Мережева модель OSI(англ.opensystemsinterconnectionbasicreferencemodel— базова еталонна модель взаємодії відкритих систем) — мережна модельстекамережевих протоколів OSI/ISO.
У зв'язку з тривалою розробкою протоколів OSI, в даний час основним стеком протоколів, що використовується, є TCP/IP, він був розроблений ще до прийняття моделі OSI і поза зв'язком з нею.
7. Прикладний (application)
Доступ до мережевих служб
6. Представницький (presentation)
Подання та шифрування даних
5. Сеансовий (session)
Управління сеансом зв'язку
4. Транспортний (transport)
Прямий зв'язок між кінцевими пунктами та надійність
3. Мережевий (network)
2. Канальний (data link)
1. Фізичний (physical)
Робота з середовищем передачі, сигналами та двійковими даними
Рівні моделі osi
У літературі найчастіше прийнято починати опис рівнів моделі OSI з 7-го рівня, званого прикладним, на якому додатки користувача звертаються до мережі. Модель OSI закінчується 1-м рівнем - фізичним, на якому визначені стандарти, які пред'являються незалежними виробниками до середовищ передачі даних:
тип передавального середовища (мідний кабель, оптоволокно, радіоефір та ін.),
тип модуляції сигналу,
сигнальні рівні логічних дискретних станів (нуля та одиниці).
Будь-який протокол моделі OSI повинен взаємодіяти або з протоколами свого рівня, або з протоколами на одиницю вище та/або нижче за свій рівень. Взаємодії з протоколами свого рівня називаються горизонтальними, а з рівнями на одиницю вищими або нижчими — вертикальними. Будь-який протокол моделі OSI може виконувати лише функції свого рівня та неможе виконувати функції іншого рівня, що не виконується в протоколах альтернативних моделей.
Кожному рівню з деякою часткою умовності відповідає свій операнд - логічно неподільний елемент даних, яким на окремому рівні можна оперувати в рамках моделі і протоколів, що використовуються: фізично дрібна одиниця - біт, на канальному рівні інформація об'єднана в кадри, на мережевому - в пакети ( датаграми), на транспортному - у сегменти. Будь-який фрагмент даних, логічно об'єднаних передачі — кадр, пакет, датаграма — вважається повідомленням. Саме повідомлення у загальному вигляді є операндами сеансового, представницького та прикладного рівнів.
До базових мережних технологій належать фізичний та канальний рівні.
Прикладний рівень (рівень додатків) — верхній рівень моделі, що забезпечує взаємодію користувача додатків з мережею:
дозволяє додаткам використовувати мережеві служби:
віддалений доступ до файлів та баз даних,
пересилання електронної пошти;
відповідає за передачу службової інформації;
надає додаткам інформацію про помилки;
формує запити до рівня подання.
Протоколи прикладного рівня: RDP HTTP (HyperText Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), POP3 (Post Office Protocol Version 3), FTP (File Transfer Protocol), XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET та інші.
Представницький рівень (рівень уявлення; англ.presentationlayer) забезпечує перетворення протоколів та шифрування/дешифрування даних. Запити додатків, отримані з прикладного рівня, на рівні подання перетворюються на формат для передачі через мережу, а отримані з мережі даніперетворюються на формат програм. На цьому рівні може здійснюватися стиснення/розпакування або кодування/декодування даних, а також перенаправлення запитів іншому мережному ресурсу, якщо вони не можуть бути локально оброблені.
Рівень уявлень зазвичай є проміжний протокол для перетворення інформації з сусідніх рівнів. Це дозволяє здійснювати обмін між програмами на різнорідних комп'ютерних системах прозорим для програм чином. Рівень уявлень забезпечує форматування та перетворення коду. Форматування коду використовується для того, щоб гарантувати додатку надходження інформації для обробки, яка б мала для нього сенс. За потреби цей рівень може виконувати переклад із одного формату даних до іншого.
Рівень уявлень має справу не лише з форматами та поданням даних, він також займається структурами даних, що використовуються програмами. Таким чином, рівень 6 забезпечує організацію даних при їх пересиланні.
Щоб зрозуміти, як це працює, уявімо, що є дві системи. Одна використовує для представлення даних розширений двійковий код обміну інформацією EBCDIC, наприклад, це може бути мейнфрейм компанії IBM, а інша - американський стандартний код обміну інформацією ASCII (його використовують більшість інших виробників комп'ютерів). Якщо цим двом системам необхідно обмінятися інформацією, то необхідний рівень уявлень, який виконає перетворення та здійснить переклад між двома різними форматами.
Іншою функцією, що виконується на рівні уявлень, є шифрування даних, яке застосовується в тих випадках, коли необхідно захистити інформацію, що передається, від прийому несанкціонованими одержувачами. Щоб вирішити це завдання,процеси та коди, що знаходяться на рівні уявлень, повинні виконати перетворення даних.
Стандарти рівня уявлень визначають способи представлення графічних зображень. Для цього можна використовувати формат PICT — формат зображень, що використовується для передачі графіки QuickDraw між програмами. Іншим форматом уявлень є тегований формат файлів зображень TIFF, який зазвичай використовується для растрових зображень з високою роздільною здатністю. Наступним стандартом рівня уявлень, який можна використовувати для графічних зображень, є стандарт JPEG.
Існує інша група стандартів рівня уявлень, яка визначає уявлення звуку та кінофрагментів. Сюди входять інтерфейс електронних музичних інструментів (MIDI) для цифрового представлення музики, розроблений Експертною групою з кінематографії стандарт MPEG.
Протоколи рівня подання: AFP - Apple Filing Protocol, ICA - Independent Computing Architecture, LPP - Lightweight Presentation Protocol, NCP - NetWare Core Protocol, NDR - Network Data Representation, XDR - eXternal Data Representation, X.25 PAD - Packet Assembler/Disassembler Protocol .
Сеансовий рівень (англ.sessionlayer) моделі забезпечує підтримку сеансу зв'язку, дозволяючи додаткам взаємодіяти між собою тривалий час. Рівень управляє створенням/завершенням сеансу, обміном інформацією, синхронізацією завдань, визначенням права передачі даних і підтримкою сеансу у періоди неактивності додатків.
Протоколи сеансового рівня: ADSP, ASP, H.245, ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)), iSNS, L2F, L2TP, NetBIOS, PAP (Password Authentication Protocol), PPTP, RPC, RTCP , SMPP, SCP (Session Control Protocol), ZIP (ZoneInformation Protocol), SDP (Sockets Direct Protocol).
Транспортний рівень (англ.transportlayer) моделі призначений для забезпечення надійної передачі даних від відправника до одержувача. При цьому рівень надійності може змінюватись у широких межах. Існує безліч класів протоколів транспортного рівня, починаючи від протоколів, що надають лише основні транспортні функції (наприклад, функції передачі даних без підтвердження прийому), і закінчуючи протоколами, які гарантують доставку до пункту призначення кількох пакетів даних у належній послідовності, мультиплексують кілька потоків даних, забезпечують механізм управління потоками даних та гарантують достовірність прийнятих даних. Наприклад, UDP обмежується контролем цілісності даних в рамках однієї датаграми і не виключає можливості втрати пакета повністю або дублювання пакетів, порушення порядку отримання пакетів даних; TCP забезпечує надійну безперервну передачу даних, що виключає втрату даних або порушення порядку їх надходження або дублювання порції даних на фрагменти та, навпаки, склеюючи фрагменти в один пакет.
Протоколи транспортного рівня: ATP, CUDP, DCCP, FCP, IL, NBF, NCP, RTP, SCTP, SPX, SST, TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).
Протоколи мережного рівня маршрутизують дані джерела до одержувача. Пристрої (маршрутизатори), що працюють на цьому рівні, умовно називають пристроями третього рівня (за номером рівня в моделі OSI).
Протоколи мережного рівня: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX, X.25, CLNP (мережевий протокол без організації з'єднань), IPsec (Internet Protocol Security). Протоколи маршрутизації – RIP, OSPF.
Канальний рівень (англ.datalinklayer) призначений для забезпечення взаємодії мереж за фізичним рівнем та контролем над помилками, які можуть виникнути. Отримані з фізичного рівня дані, подані в бітах, він пакує в кадри, перевіряє їх на цілісність і, якщо потрібно, виправляє помилки (формує повторний запит пошкодженого кадру) і відправляє на мережевий рівень. Канальний рівень може взаємодіяти з одним або декількома фізичними рівнями, контролюючи та керуючи цією взаємодією.
Специфікація IEEE 802поділяє цей рівень на два підрівні: MAC(англ.mediaaccesscontrol) регулює доступ до фізичного середовища, що розділяється, LLC(англ.logical link control) забезпечує обслуговування мережевого рівня.
Протоколи канального рівня- ARCnet, ATMEthernet, Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), IEEE 802.2, IEEE 802.11 Wireless LAN, LocalTalk, (MPLS), Point-to-Point Protocol (PPP), Point-to-Point Protocol over Ethernet (PPPoE ),StarLan,Token ring,Unidirectional Link Detection(UDLD),x.25.
Фізичний рівень (англ.physicallayer) — нижній рівень моделі, який визначає метод передачі даних, поданих у двійковому вигляді, від одного пристрою (комп'ютера) до іншого. Здійснюють передачу електричних або оптичних сигналів в кабель або радіоефір і, відповідно, їх прийом і перетворення в біти даних відповідно до методів кодування цифрових сигналів.
На цьому рівні також працюють концентратори, повторювачі сигналу та медіаконвертери.
Функції фізичного рівня реалізуються усім пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером чи послідовним портом. До фізичного рівнявідносяться фізичні, електричні та механічні інтерфейси між двома системами. Фізичний рівень визначає такі види середовищ передачі даних як оптоволокно, кручена пара, коаксіальний кабель, супутниковий канал передач даних і т. п. Стандартними типами мережевих інтерфейсів, що належать до фізичного рівня, є: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, роз'єми AUI і BNC.
Протоколи фізичного рівня: IEEE 802.15 (Bluetooth),IRDA,EIARS-232,EIA-422,EIA-423,RS-449,RS-485,DSL,ISDN,SONET/SDH,802.11Wi-Fi,Etherloop,GSMUm radio interface ,ITUіITU-T,TransferJet,ARINC 818,G.hn/G.9960.
Сімейство TCP/IP має три транспортні протоколи: TCP, що повністю відповідає OSI, що забезпечує перевірку отримання даних; UDP, що відповідає транспортному рівню тільки наявністю порту, що забезпечує обмін датами між додатками, не гарантує отримання даних; іSCTP, розроблений для усунення деяких недоліків TCP, який додано деякі нововведення. (У сімействі TCP/IP є ще близько двохсот протоколів, найвідомішим з яких є службовий протокол ICMP, що використовується для внутрішніх потреб забезпечення роботи; решта також не є транспортними протоколами).
У сімействі IPX/SPX порти (звані сокетами чи гніздами) з'являються у протоколі мережного рівня IPX, забезпечуючи обмін датами між додатками (операційна система резервує частину сокетів собі). Протокол SPX, у свою чергу, доповнює IPX рештою можливостей транспортного рівня в повній відповідності з OSI.
Модель TCP/IP (5 рівнів)
Прикладний (5) рівень (Application Layer)або рівень додатків забезпечує послуги, що безпосередньо підтримують програми користувача, наприклад, програмні засоби передачі файлів, доступу до базданих, засоби електронної пошти, службу реєстрації на сервері. Цей рівень управляє рештою всіх рівнів. Наприклад, якщо користувач працює з електронними таблицями Excel і вирішує зберегти робочий файл у своїй директорії на мережному файл-сервері, прикладний рівень забезпечує переміщення файлу з робочого комп'ютера на мережевий диск прозоро для користувача.
Транспортний (4) рівень (Transport Layer)забезпечує доставку пакетів без помилок та втрат, а також у потрібній послідовності. Тут же проводиться розбивка на блоки даних, що подаються в пакети, і відновлення даних, що приймаються з пакетів. Доставка пакетів можлива як із встановленням з'єднання (віртуального каналу), так і без. Транспортний рівень є прикордонним і сполучним між верхніми трьома, що сильно залежать від додатків, і трьома нижніми рівнями, які сильно прив'язані до конкретної мережі.
Канальний (2) рівень або рівень управління лінією передачі (Data link Layer)відповідає за формування пакетів (кадрів) стандартного для даної мережі (Ethernet, Token-Ring, FDDI) виду, що включають початкове та кінцеве керуючі поля. Тут же здійснюється управління доступом до мережі, виявляються помилки передачі шляхом підрахунку контрольних сум, і проводиться повторне пересилання приймача помилкових пакетів. Канальний рівень ділиться на два підрівні: верхній LLC та нижній MAC. На канальному рівні працюють такі проміжні мережеві пристрої, як, наприклад, комутатори.
Фізичний (1) рівень (Physical Layer)- це найнижчий рівень моделі, який відповідає за кодування переданої інформації в рівні сигналів, прийняті в середовищі передачі, що використовується, і зворотне декодування. Тут же визначаються вимоги до з'єднувачів,роз'ємів, електричного узгодження, заземлення, захисту від перешкод тощо. Фізично працюють такі мережеві пристрої, як трансівери, репітери та репітерні концентратори.