Сетевые модели. Лекция 2

1. Лекция 2. Сетевые модели

Курс «Веб технологии»
Лекция 2. Сетевые модели

2. Многоуровневые сетевые модели

Курс «Веб технологии»
Многоуровневые сетевые модели
Глобальные сети объединяют
в
себе
огромное
количество
географически
распределённых
узлов.
Множество
вариантов
программно-технической реализации
передачи информации породили
необходимость создания открытых
стандартов
–
стандартов,
официально
опубликованных
и
доступных
для
разработчиков
программно-аппаратных
компонентов.

3.

Курс «Веб технологии»
Сетевые модели
Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования
и программного обеспечения становится гораздо проще и понятнее.

4. Устройство сетевой модели

Курс «Веб технологии»
Устройство сетевой модели
Протокол - это правила, определяющие взаимодействие между системами в рамках одного
уровня.
Интерфейс - это набор функций и структур данных, который нижележащий уровень
предоставляет вышележащему.
Сетевая служба – это функция, которую выполняет уровень. Каждый сетевой уровень
запрашивает определенную сетевую службу от нижележащего уровня. Протокол уровня
определяет структуру данных и формат пакета для выполнения запрашиваемой сетевой службы

5. Передача сообщения

Курс «Веб технологии»
M
Передача сообщения
Оригинальное
сообщение
M
H1
M
H1
M
H2 H1
M
H2 H1
M
Отправитель
Получатель
При передаче, информация делится на пакеты. Фактически, передаваемая
информация формируется на самом верхнем уровне – уровне работающего приложения.
Далее пакет «спускается» по уровням модели и на каждом из них получает свой заголовок
и концевик. Этот заголовок содержит функционально-специфичную для данного уровня
информацию о пакете (например, адрес). При получении информации узлом-получателем
большой (с заголовками всех уровней) блок информации начинает обрабатываться в
обратной, восходящей, последовательности уровней, причём на каждом уровне
происходит анализ и отщепление соответствующего заголовка. Таким образом, до
процесса-получателя доходит исходный передаваемый блок.

6. Эталонная модель OSI

Курс «Веб технологии»
Прикладной уровень
Application layer
Уровень представления
Presentation layer
Сеансовый уровень
Session layer
Транспортный уровень
Transport layer
Сетевой уровень
Network layer
Эталонная модель OSI
• OSI - Open Systems Interconnection
Reference Model (эталонная модель
взаимодействия открытых систем)
• Создавалась как единый
международный стандарт сетевых
технологий.
Канальный уровень
Data Link layer
Физический уровень
Phisical layer
OSI ISO – Open Systems Interconnection Reference Model (эталонная
модель взаимодействия открытых систем) – абстрактная модель для
сетевых коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет
уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса
взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого
оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и
понятнее.

7. Уровни модели OSI

Курс «Веб технологии»
Уровни
модели
OSI
Существует 7 уровней модели OSI, с помощью которых происходит сетевое взаимодействие.
С нижнего уровня:
1. Физический - Передача битов данных по сети.
2. Канальный (уровень передачи данных) - Передача кадров (наборов битов) между двумя
компьютерами сети, непосредственно связанных между собой. Определяет, как, кому посылать
кадры.
3. Сетевой - Управление подсетью, т.е. совокупностью коммуникационного оборудования.
Определение маршрутов. Доставляет информацию от отправителя к получателю. Соединение
разнородных сетей.
4. Транспортный - С его помощью информация переходит от отправителя к получателю. Этот
уровень пользуется услугами, предоставляемыми сетевым уровнем.
5. Сеансовый - Организация сеансов связи, т.е. долговременного взаимодействия.
Определяет, в каком порядке кто передает сообщения друг другу. Решает задачу синхронизации
между абонентами.
6. Уровень предоставления данных - Занимается синтаксисом и семантикой данных,
передающихся по сети.
7. Прикладной - Программы.
В настоящее время основным используемым семейством протоколов является TCP/IP,
разработка которого не была связана с моделью OSI. За все время существования модели OSI она не
была реализована. Сегодня используется только некоторое подмножество модели OSI. Считается, что
модель слишком сложна, а её реализация займёт слишком много времени. На OSI ссылаются, но на
практике ее не используют, повсеместно используют модель TCP/IP
Набор протоколов называется открытым, если описание и детали протоколов опубликованы.
Система, реализующая открытые протоколы называется открытой системой, несмотря на то, что код
программ может быть закрыт. Например: сетевые компоненты Windows – открытая система. Пример
закрытой системы: программа общения через Интернет – Skype. Протокол Skype не опубликован, а

8.

Курс «Веб технологии»
В настоящее время основным используемым семейством
протоколов является TCP/IP, разработка которого не была связана
с моделью OSI. За все время существования модели OSI она не
была реализована.
Сегодня используется только некоторое подмножество
модели OSI. Считается, что модель слишком сложна, а её
реализация займёт слишком много времени. На OSI ссылаются,
но на практике ее не используют, повсеместно используют
модель TCP/IP.
Набор протоколов называется открытым, если описание и
детали протоколов опубликованы. Система, реализующая
открытые протоколы называется открытой системой, несмотря на
то, что код программ может быть закрыт. Например: сетевые
компоненты Windows – открытая система. Пример закрытой
системы: программа общения через Интернет – Skype. Протокол
Skype не опубликован, а трафик данной программы шифруется.

9. Эталонная модель OSI. Уровни:

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Физический уровень
(Physical Layer)
• Преобразует биты в исходящие сигналы, передает сигналы и,
затем, преобразует входящие сигналы в биты.
• Данные рассматриваются как поток битов.
• Определяет:
- характеристики сигналов;
- среду передачи;
- физическую топологию среды передачи;
- механические и физические (электрические, оптические)
спецификации среды передачи;
- интерфейсы (разъемы) оборудования.
Вопросы данного уровня в основном связаны с механическими,
электрическими и процедурными интерфейсами, а также с физическим
носителем, лежащим ниже физического уровня.

10. Эталонная модель OSI. Уровни:

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Канальный уровень
(уровень передачи данных
Data Link Layer)
• Передает кадры (frames) - наборы битов - между двумя
компьютерами сети, непосредственно связанными
между собой
• Функции канального уровня:
• взаимодействие со средой передачи данных
(протокол MAC)
• надежная доставка
• управление потоком
• Идентификация компьютеров: MAC-адреса
• Технологии: Ethernet (802.3), WiFi (802.11), Token Ring
(802.5), SONET/SDH
Протокол MAC (Media Access Control — управление доступом к
носителю) определяет правила передачи кадра в линию.

11. Сетевой уровень (Network Layer)

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Сетевой уровень
(Network Layer)
• Отвечает за передачу датаграмм между
удаленными компьютерами
• Функции сетевого уровня:
• адресация компьютеров во всей глобальной сети (IPадреса)
• выбор маршрута доставки сообщений
• не обеспечивает надежность доставки (искажения, потери,
изменение порядка следования)
• best-effort delivery
• Протоколы: IP (Internet Protocol), ARP, RARP, ICMP,
DHCP
Важнейшим моментом является определение маршрутов
пересылки пакетов от источника к пункту назначения.

12. Эталонная модель OSI. Уровни:

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Транспортный уровень
(Transport Layer)
• Осуществляет надежную доставку данных от
отправителя к получателю
• Функции транспортного уровня:
• установление надежного соединения
• контроль ошибок: искажения пакетов, потери, изменение
порядка следования, дублирование
• контроль потока данных
• сегментирует и повторно собирает данные в один поток
• Адресация соединений: (IP1, P1, IP2, P2)
• Протоколы: TCP, UDP
Обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с
требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются
средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания
пакетов. Изолирует более высокие уровни от каких-либо изменений в аппаратной
технологии.

13. Сеансовый уровень (Session layer)

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Сеансовый уровень (Session layer)
• Позволяет двум сторонам поддерживать длительное
взаимодействие (сеанс) по сети
• Функции сеансового уровня:
• установление сеанса
• поддержка/управление сеансом
• разрыв сеанса
• синхронизация передачи данных (можно помещать
контрольные точки в поток данных и возвращаться назад к
определенной точке)
• Примеры протоколов: H.245, Call Control Protocol for Multimedia
Communication – ответствен за установление и передачу служебной
информации мультимедиа-соединения, SSH (англ. Secure SHell) —
сетевой протокол сеансового уровня, позволяющий производить
удалённое управление операционной системой
Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом
информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу
данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений.

14.

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Уровень представления
(Presentation layer)
• Уровень отвечает за
• преобразование форматов данных
• кодирование/декодирование
• Примеры преобразования данных:
• Форматирование
• Сжатие
• Перевод
• Кодирование
• Шифрование
Пример протокола: SSL – преобразует в формат для передачи по
сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный
приложениям.
Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и
кодирование/декодирование данных.

15. Прикладной уровень (Application layer)

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель OSI. Уровни:
Прикладной уровень
(Application layer)
• Обеспечивает взаимодействие сети и пользователя
• Протоколы этого уровня определяют совместно используемые
сетевые службы, например:
• WWW
• Электронная почта
• Сетевая печать
• Пересылка файлов через сеть
• Адресация приложений: номер порта
Протоколы: HTTP - протокол передачи гипертекста. Когда браузер
запрашивает веб-страницу, он передает ее имя (адрес) и рассчитывает на то,
что сервер будет использовать HTTP. Сервер в ответ отсылает страницу.
Другие прикладные протоколы используются для передачи файлов,
электронной почты, сетевых рассылок (MTP, POP3, IMAP, FTP).
Прикладной уровень
обеспечивает взаимодействие сети и
пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя иметь доступ
к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ
к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу
служебной информации, предоставляет приложениям информацию об
ошибках и формирует запросы к уровню представления.

16. Общие выводы относительно модели OSI

Курс «Веб технологии»
Общие выводы относительно модели OSI
• Избыточность и низкая функциональность
верхних уровней
• Учет в стандартах всех теоретически
возможных ситуаций
• Сложность спецификаций для реализации
• Очень высокие требования к ресурсам сетевых
компьютеров
Это референтная (ссылочная) модель

17.

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель TCP/IP
OSI
TCP/IP
Прикладной уровень
Application layer
Уровень представления
Presentation layer
Прикладной уровень
Process/Application layer
Сеансовый уровень
Session layer
Транспортный уровень
Transport layer
Транспортный уровень
Host-to-host layer
Сетевой уровень
Network layer
Межсетевой уровень
Internet layer
Канальный уровень
Data Link layer
Физический уровень
Phisical layer
Уровень доступа к сети
Network access layer
Согласно терминологии
TCP/IP элементы сетевого
уровня называются подсетями
(subnetworks). Идеология
TCP/IP допускает, чтобы в
качестве "подсетей" выступали
реальные сети с их
собственными стеками
протоколов, узлами и
шлюзами

18. Эталонная модель TCP/IP

Курс «Веб технологии»
Эталонная модель TCP/IP
Эталонная модель, использовалась в компьютерной сети
ARPANET, которая является бабушкой нынешних сетей и
продолжает использоваться во всемирной сети Интернет.
ARPANET была исследовательской сетью, финансируемой
Министерством обороны США. Она объединила сотни
университетов и правительственных зданий при помощи
выделенных телефонных линий.
Когда впоследствии появились спутниковые сети и
радиосети, возникли большие проблемы при объединении с ними
других сетей с помощью имеющихся протоколов.
Понадобилась новая эталонная архитектура. Таким образом,
возможность объединять различные сети в единое целое являлась
одной из главных целей.
Позднее эта архитектура получила название эталонной
модели TCP/IP в соответствии со своими двумя основными
протоколами.