Архитектурен модел OSI

Eталонен модел на мрежите

Целта на една мрежа е различни софтуерни приложения да могат да обменят данни по между си. При изграждане на една мрежа се вижда колко различни елементи обхваща. От самото приложение, през криптиране, адресиране и реалния хардуер който ще изпраща данните под формата на електрически сигнали.

За по-лесно описание, моделиране, изграждане и разработка на различните елементи (хардуерни и софтуерни) от които се състои мрежата, се ползва принципът на логическо разслояване на функциите в една мрежа.

Разслояването позволява да се промени изцяло имплементацията на дадена част (слой) от мрежата, без да се променя имплементацията на останалата част, достатъчно е да се запази множеството от услугите, които даден слой n осигурява на горния слой n+1.

Логически слоят n на една машина обменя информация единствено със слоят n (на същото ниво) на друга машина посредством слоят n-1. Правилата по които се осъществява това взаимодействие се определят от протокола на n-то ниво.

Всеки слой n предава данни и контролна информация на непосредствено по-долния слой n-1, докато се достигне най-долния слой 1 - примерно физическата среда за предаване. В приемника получените данни се разпространяват в обратна посока - от слой 1 нагоре, като всеки слой премахва контролната информация, която се отнася до него.

Всеки слой n предоставя интерфейс на слой n+1. Интерфейсът определя функциите и услугите, които слоят n предоставя на слой n+1. При определянето на интерфейсите между отделните слоеве трябва ясно да се знае какви функции изпълнява всеки слой.

Една мрежова архитектура се определя от множеството на слоевете, услугите които те предоставят и протоколите, по които се осъществява взаимодействие между слоевете на едно и също ниво. Имплементацията на слоевете, както и интерфейсът между отделните слоеве не се включват в мрежовата архитектура, тъй като те са видими само в рамките на една машина. Те дори не е задължително да са едни и същи на машините в една мрежа – достатъчно е всеки слой n да може да комуникира със съответния слой n по определения протокол и да предоставя съответните услуги на по-горния слой.

Списъкът от протоколи, използвани от една система, по един протокол за всеки слой се нарича протоколен стек.

OSI модел

OSI open system interconnection

Създаден от международната организация ISO (international standard organization) за връзка между отворени системи. Под отворена система се разбира система, чиито ресурси могат да се използват от другите системи в мрежата. Всъщност OSI-моделът е абстрактен модел на мрежова архитектура, който описва предназначението на слоевете, но не се обвързва с конкретен набор от протоколи. Поради тази причина OSI-моделът ще наричаме още еталонен модел.

В еталонния модел има седем слоя – физически, канален, мрежов, транспортен, сесиен, представителен, приложен – изброени са в последователност от най-долния към най-горния слой.

Физическият слой

physical layer - PHY

Има за задача да реализира предаването на битове през физическата среда. Основна функция на физическия слой е да управлява кодирането и декодирането на сигналите, представящи двоичните цифри 0 и 1. Той не се интересува от предназначението на битовете. Физическият слой трябва да осигурява възможност на по-горния слой да активизира, поддържа и прекратява физическите съединения.

• дефинира връзката на мрежовата карта а преносната среда
  • електрически - оптична, каблена, безжична връзка
  • механични - конектори
  • функционална - активация на преносната среда, честоти на преносния сигнал, модулации.
• пренася сигнали, носещи данните от горните нива
• дефинира кодирането на данните
• отсранява грешки

Протоколи

• IRDA physical layer
• USB physical layer
• EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485
• Ethernet physical layer Including 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX, 100BASE-FX, ...
• Varieties of 802.11 Wi-Fi physical layers
• DSL
• ISDN
• T1 and other T-carrier links, and E1 and other E-carrier links
• SONET/SDH
• ...

Хардуер работещ с това ниво

• Hardware equipment (network node) examples
• Network adapter
• Repeater
• Network hub
• Modem
• Fiber Media Converter

Канален слой

Ролята на каналният слой (data-link layer) е определяне на правилата за изпращане на данни между две физически свързани устройства и коригиране на грешки при предаването на данните по физическия слой.

Following are the functions of data link layer:- Framing Physical Addressing Flow Control Error Control Access Control Media Access Control(MAC)

Данните на канално ниво се обменят на порции, наречени кадри (обикновено с дължина от няколко стотин до няколко хиляди байта). При надеждна комуникация приемникът трябва да уведомява изпращача за всеки успешно получен кадър като му изпраща обратно потвърждаващ кадър. Форматът на кадрите се определя от избрания протокол на канално ниво. Функциите на каналния слой обикновено се реализират смесено - апаратно и програмно.

The data link layer has two sublayers: logical link control (LLC) and media access control (MAC).[2] [edit]

LLC

Logical link control sublayer

The uppermost sublayer, LLC, multiplexes protocols running atop the data link layer, and optionally provides flow control, acknowledgment, and error notification. The LLC provides addressing and control of the data link. It specifies which mechanisms are to be used for addressing stations over the transmission medium and for controlling the data exchanged between the originator and recipient machines. [edit]

Encapsulation of network layer data packets into frames Frame synchronization Logical link control (LLC) sublayer: Error control (automatic repeat request,ARQ), in addition to ARQ provided by some transport-layer protocols, to forward error correction (FEC) techniques provided on the physical layer, and to error-detection and packet canceling provided at all layers, including the network layer. Data-link-layer error control (i.e. retransmission of erroneous packets) is provided in wireless networks and V.42 telephone network modems, but not in LAN protocols such as Ethernet, since bit errors are so uncommon in short wires. In that case, only error detection and canceling of erroneous packets are provided. Flow control, in addition to the one provided on the transport layer. Data-link-layer error control is not used in LAN protocols such as Ethernet, but in modems and wireless networks.

Media access control sublayer

MAC

MAC may refer to the sublayer that determines who is allowed to access the media at any one time (usually CSMA/CD). Other times it refers to a frame structure with MAC addresses inside.

There are generally two forms of media access control: distributed and centralized. Both of these may be compared to communication between people. In a network made up of people speaking, i.e. a conversation, we look for clues from our fellow talkers to see if any of them appear to be about to speak. If two people speak at the same time, they will back off and begin a long and elaborate game of saying "no, you first"

• Multiple access protocols for channel-access control, for example CSMA/CD protocols for collision detection and re-transmission in Ethernet bus networks and hub networks, or the CSMA/CA protocol for collision avoidance in wireless networks.
• Physical addressing (MAC addressing)
• LAN switching (packet switching) including MAC filtering and spanning tree protocol
• Data packet queuing or scheduling
• Store-and-forward switching or cut-through switching
• Quality of Service (QoS) control
• Virtual LANs (VLAN)

Протоколи

Address Resolution Protocol (ARP) ARCnet ATM Cisco Discovery Protocol (CDP) Controller Area Network (CAN) Econet Ethernet Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS) ARCnet ATM Cisco Discovery Protocol (CDP) Controller Area Network (CAN) Econet Ethernet Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS) Fiber Distributed Data Interface (FDDI) Frame Relay High-Level Data Link Control (HDLC) IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers) IEEE 802.11 wireless LAN LattisNet Link Access Procedures, D channel (LAPD) ARCnet ATM Cisco Discovery Protocol (CDP) Controller Area Network (CAN) Econet Ethernet Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS) Fiber Distributed Data Interface (FDDI) Frame Relay High-Level Data Link Control (HDLC) IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers) IEEE 802.11 wireless LAN LattisNet Link Access Procedures, D channel (LAPD) LocalTalk Multiprotocol Label Switching (MPLS) Nortel Discovery Protocol (NDP) OpenFlow (SDN) Split multi-link trunking (SMLT) Point-to-Point Protocol (PPP) Serial Line Internet Protocol (SLIP) (obsolete) Spanning Tree Protocol ARCnet ATM Cisco Discovery Protocol (CDP) Controller Area Network (CAN) Econet Ethernet Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS) Fiber Distributed Data Interface (FDDI) Frame Relay High-Level Data Link Control (HDLC) IEEE 802.2 (provides LLC functions to IEEE 802 MAC layers) IEEE 802.11 wireless LAN LattisNet Link Access Procedures, D channel (LAPD) LocalTalk Multiprotocol Label Switching (MPLS) Nortel Discovery Protocol (NDP) OpenFlow (SDN) Split multi-link trunking (SMLT) Point-to-Point Protocol (PPP) Serial Line Internet Protocol (SLIP) (obsolete) Spanning Tree Protocol StarLan Token ring Unidirectional Link Detection (UDLD) and most forms of serial communication.

Мрежовият слой

(network layer) отговаря за функционирането на комуникационната подмрежа. Приложните програми, които се изпълняват в двете крайни системи взаимодействат помежду си посредством пакети от данни. Основна задача на мрежовия слой е маршрутизирането на тези пакети. Пакетите са с фиксирана големина в рамките на една мрежа. За системите, реализиращи възлите на комуникационната подмрежа този слой е последен. Функциите на мрежовия слой, както и на по-горните слоеве се реализират програмно.

Транспортният слой

(transport layer) осигурява транспортирането на съобщения от източника до получателя. Той е най-ниският слой, който реализира връзка от тип “край-край” между комуникиращите системи. В транспортния слой на изпращача съобщенията се разбиват на пакети и се подават на мрежовия слой, а в транспортния слой на получателя подадените от мрежовия слой пакети се реасемблират. Транспортният слой освобождава по-горния сесиен слой от грижата за надеждното и ефективно транспортиране на данните между крайните системи.

Сесийният слой

(session layer) е отговорен за диалога между две комуникиращи програми. Съобщения се обменят след като двата крайни абоната установят сесия. Сесийният слой осигурява различни режими на диалог – двупосочен едновременен диалог, двупосочен алтернативен диалог, еднопосочен диалог. Освен това той предоставя възможност за прекъсване на диалога и последващо възстановяване от мястото на прекъсването. При липсата на сесиен слой всяко съобщение се предава независимо от другите съобщения.

Представителният слой

(presentation layer) е най-ниският слой, който разглежда значението на предаваната информация. Първата функция на този слой е да определи общ синтаксис за предаване на съобщенията. Втората функция на слоя е да унифицира вътрешната структура на представените данни в съобщенията. По този начин за по-горния приложен слой няма значение дали двете крайни системи използват различни представяния на данните. Например, за унификация на символни данни е съставена двубайтовата кодова таблица UNICODE.

Приложният слой

(application layer) е най-горният слой, към който се свързват потребителските процеси в двата крайни абоната. Някои потребителски процеси са интерактивни - взаимодействат си в голям период от време с кратки съобщения от тип заявка-отговор (request-reply). Други потребителски процеси взаимодействат с малко на брой големи по обем порции от данни. За двата вида процеси се предвиждат различни протоколи на приложния слой - например протокол FTP (file transfer protocol) за обмен на цели файлове, протокол HTTP (hyper text transfer protocol) за обмен на уеб-страници и др.

Когато започват да се изграждат реални мрежи, използвайки OSI-модела и съществуващите протоколи се вижда, че те не отговарят на изискваните спецификации за обслужване.

В ARPANET - първата компютърна мрежа, която прераства в Internet се използва моделът TCP/IP. За разлика от OSI-модела, този модел се обвързва с конкретни протоколи и не е приложим за описание на мрежи, които не използват тези протоколи. При модела TCP/IP се запазват приложният и транспортният слой, липсват сесийният и представителният слой, мрежовият слой е известен като интернет-слой, а каналният и физическият слой са обединени в един слой за достъп до мрежата, който почти не се коментира.