Viacúrovňový model otvorených systémov osi. Referenčný model OSI. Terminológia pri označovaní bloku údajov

  • 29.06.2020

Pre jednotnú reprezentáciu dát v sieťach s heterogénnymi zariadeniami a softvérom vyvinula medzinárodná organizácia pre normy ISO (International Standardization Organization) základný komunikačný model pre otvorené systémy OSI (Open System Interconnection). Tento model popisuje pravidlá a postupy na prenos údajov v rôznych sieťových prostrediach pri organizovaní komunikačnej relácie. Hlavnými prvkami modelu sú vrstvy, aplikačné procesy a fyzické prostriedky spojenia. Na obr. 1.10 ukazuje štruktúru základného modelu.

Každá vrstva modelu OSI vykonáva špecifickú úlohu v procese prenosu údajov cez sieť. Základný model je základom pre vývoj sieťových protokolov. OSI rozdeľuje komunikačné funkcie v sieti do siedmich vrstiev, z ktorých každá slúži inej časti procesu interoperability otvorených systémov.

Model OSI popisuje iba prostriedky interakcie celého systému, nie aplikácie pre koncových používateľov. Aplikácie implementujú svoje vlastné komunikačné protokoly prístupom k systémovým zariadeniam.

Ryža. 1.10. OSI model

Ak aplikácia môže prevziať funkcie niektorých vyšších vrstiev modelu OSI, potom pre komunikáciu priamo pristupuje k systémovým nástrojom, ktoré vykonávajú funkcie zostávajúcich nižších vrstiev modelu OSI.

Interakcia vrstiev modelu OSI

Model OSI možno rozdeliť na dva rôzne modely, ako je znázornené na obr. 1.11:

Horizontálny model založený na protokole, ktorý poskytuje mechanizmus interakcie programov a procesov na rôznych strojoch;

Vertikálny model založený na službách poskytovaných susednými vrstvami na tom istom stroji.

Každá vrstva odosielajúceho počítača interaguje s rovnakou vrstvou prijímajúceho počítača, ako keby bola priamo prepojená. Takéto spojenie sa nazýva logické alebo virtuálne spojenie. V skutočnosti sa interakcia uskutočňuje medzi susednými úrovňami jedného počítača.

Takže informácie na odosielajúcom počítači musia prejsť všetkými úrovňami. Potom sa prenesie cez fyzické médium do prijímajúceho počítača a opäť prechádza všetkými vrstvami, kým nedosiahne rovnakú úroveň, z ktorej bol odoslaný na odosielajúcom počítači.

V horizontálnom modeli potrebujú dva programy na výmenu údajov spoločný protokol. Vo vertikálnom modeli susedné vrstvy komunikujú pomocou aplikačných programovacích rozhraní (API).

Ryža. 1.11. Diagram interakcie počítača v základnom referenčnom modeli OSI

Pred privedením do siete sa dáta rozdelia na pakety. Paket je jednotka informácií prenášaných medzi stanicami v sieti.

Pri odosielaní dát paket postupne prechádza všetkými vrstvami softvéru. Na každej úrovni sa do paketu pridávajú riadiace informácie tejto úrovne (hlavička), ktoré sú nevyhnutné pre úspešný prenos dát po sieti, ako je znázornené na obr. 1.12, kde Zag je hlavička paketu, End je koniec paketu.

Na prijímacej strane paket prechádza všetkými vrstvami v opačnom poradí. Na každej vrstve protokol na tejto vrstve načíta informácie o pakete, potom odstráni informácie pridané do paketu v rovnakej vrstve odosielateľom a pošle paket ďalšej vrstve. Keď paket dosiahne aplikačnú vrstvu, všetky riadiace informácie sa z paketu odstránia a dáta sa vrátia do pôvodnej podoby.

Ryža. 1.12. Vytvorenie balíka každej úrovne sedemúrovňového modelu

Každá úroveň modelu má svoju vlastnú funkciu. Čím vyššia úroveň, tým ťažšia je úloha, ktorú rieši.

Je vhodné uvažovať o jednotlivých vrstvách modelu OSI ako o skupinách programov určených na vykonávanie špecifických funkcií. Jedna vrstva je napríklad zodpovedná za zabezpečenie prevodu údajov z ASCII do EBCDIC a obsahuje programy potrebné na splnenie tejto úlohy.

Každá vrstva poskytuje službu vyššej vrstve a následne požaduje službu od nižšej vrstvy. Horné vrstvy vyžadujú službu takmer rovnakým spôsobom: spravidla ide o požiadavku smerovať niektoré dáta z jednej siete do druhej. Praktická implementácia princípov adresovania dát je priradená nižším úrovniam. Na obr. 1.13 poskytuje stručný popis funkcií všetkých úrovní.

Ryža. 1.13. Funkcie vrstiev modelu OSI

Uvažovaný model určuje interakciu otvorených systémov od rôznych výrobcov v tej istej sieti. Preto pre nich vykonáva koordinačné akcie na:

Interakcia aplikovaných procesov;

Formuláre na prezentáciu údajov;

Jednotné ukladanie údajov;

Správa sieťových zdrojov;

Bezpečnosť údajov a ochrana informácií;

Diagnostika programov a hardvéru.

Aplikačná vrstva

Aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom prístup do oblasti interakcie, je vyššou (siedmou) úrovňou a priamo susedí s aplikačnými procesmi.

V skutočnosti je aplikačná vrstva súborom rôznych protokolov, pomocou ktorých používatelia siete pristupujú k zdieľaným zdrojom, ako sú súbory, tlačiarne alebo hypertextové webové stránky, a organizujú svoju spoluprácu, napríklad pomocou e-mailového protokolu. Špeciálne prvky aplikačných služieb poskytujú služby pre špecifické aplikačné programy, ako sú programy na prenos súborov a emuláciu terminálu. Ak napríklad program potrebuje odosielať súbory, použije sa protokol na prenos súborov FTAM (File Transfer, Access, and Management). V modeli OSI aplikačný program, ktorý potrebuje vykonať špecifickú úlohu (napríklad aktualizovať databázu v počítači), odošle do aplikačnej vrstvy špecifické údaje vo forme datagramu. Jednou z hlavných úloh tejto vrstvy je určiť, ako má byť žiadosť aplikácie spracovaná, inými slovami, akú formu má mať žiadosť.

Jednotka údajov, s ktorou aplikačná vrstva pracuje, sa zvyčajne nazýva správa.

Aplikačná vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vykonávanie rôznych druhov prác.

Prenos súboru;

Riadenie práce;

Správa systému atď.;

2. Identifikácia používateľov pomocou ich hesiel, adries, elektronických podpisov;

3. Určenie funkčných predplatiteľov a možnosti prístupu k novým aplikačným procesom;

4. Určenie dostatku dostupných zdrojov;

5. Organizácia žiadostí o prepojenie s inými aplikačnými procesmi;

6. Presun žiadostí na reprezentatívnu úroveň o potrebné metódy popisu informácií;

7. Výber postupov pre plánovaný procesný dialóg;

8. Správa dát vymieňaných medzi aplikačnými procesmi a synchronizácia interakcie medzi aplikačnými procesmi;

9. Stanovenie kvality služby (čas dodania dátových blokov, akceptovateľná chybovosť);

10. Dohoda o oprave chýb a stanovení spoľahlivosti údajov;

11. Koordinácia obmedzení uložených na syntax (znakové sady, dátová štruktúra).

Tieto funkcie definujú druhy služieb, ktoré aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom. Okrem toho aplikačná vrstva prenáša na aplikačné procesy službu poskytovanú fyzickou, linkovou, sieťovou, transportnou, reláciou a prezentačnou vrstvou.

Na aplikačnej úrovni je potrebné poskytnúť užívateľom už spracované informácie. To môže zvládnuť systémový a používateľský softvér.

Aplikačná vrstva je zodpovedná za prístup k aplikáciám do siete. Úlohami tejto úrovne sú prenos súborov, výmena pošty a správa siete.

Najbežnejšie protokoly troch vrstiev sú:

FTP (File Transfer Protocol) protokol na prenos súborov;

TFTP (Trvial File Transfer Protocol) je najjednoduchší protokol na prenos súborov;

e-mail X.400;

Telnet práca so vzdialeným terminálom;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) je jednoduchý protokol na výmenu pošty;

CMIP (Common Management Information Protocol) spoločný protokol správy informácií;

SLIP (Serial Line IP) IP pre sériové linky. Protokol na sériový prenos údajov po znakoch;

SNMP (Simple Network Management Protocol) jednoduchý protokol správy siete;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) je protokol na prenos, prístup a správu súborov.

Prezentačná vrstva

Funkciou tejto úrovne je prezentácia dát prenášaných medzi aplikačnými procesmi v požadovanej forme.

Táto vrstva zabezpečuje, že informácie odovzdané aplikačnou vrstvou budú pochopené aplikačnou vrstvou v inom systéme. V prípade potreby prezentačná vrstva v čase prenosu informácií vykoná konverziu dátových formátov do nejakého bežného prezentačného formátu a v čase príjmu vykoná spätnú konverziu. Aplikačné vrstvy tak môžu prekonať napríklad syntaktické rozdiely v reprezentácii dát. Táto situácia môže nastať v LAN s počítačmi rôznych typov (IBM PC a Macintosh), ktoré si potrebujú vymieňať dáta. Takže v oblasti databáz by sa informácie mali prezentovať vo forme písmen a číslic a často vo forme grafického obrázka. Tieto údaje musíte spracovať napríklad ako čísla s pohyblivou rádovou čiarkou.

Spoločná reprezentácia dát je založená na systéme ASN.1, ktorý je spoločný pre všetky úrovne modelu. Tento systém slúži na popis štruktúry súborov a zároveň rieši problém šifrovania dát. Na tejto úrovni je možné vykonávať šifrovanie a dešifrovanie dát, vďaka čomu je okamžite zabezpečená tajnosť výmeny dát pre všetky aplikačné služby. Príkladom takéhoto protokolu je protokol SSL (Secure Socket Layer), ktorý poskytuje bezpečné zasielanie správ pre protokoly aplikačnej vrstvy zásobníka TCP/IP. Táto vrstva zabezpečuje transformáciu dát (kódovanie, kompresiu atď.) aplikačnej vrstvy na informačný tok pre transportnú vrstvu.

Reprezentatívna vrstva vykonáva tieto hlavné funkcie:

1. Generovanie požiadaviek na vytvorenie interakčných relácií medzi aplikačnými procesmi.

2. Koordinácia prezentácie údajov medzi aplikačnými procesmi.

3. Implementácia formulárov na prezentáciu údajov.

4. Prezentácia grafického materiálu (kresby, výkresy, schémy).

5. Klasifikácia údajov.

6. Odosielanie žiadostí o ukončenie relácií.

Protokoly prezentačnej vrstvy sú zvyčajne súčasťou protokolov troch najvyšších vrstiev modelu.

Vrstva relácie

Vrstva relácie je vrstva, ktorá definuje postup na vykonávanie relácií medzi používateľmi alebo aplikačnými procesmi.

Vrstva relácie poskytuje kontrolu konverzácie na sledovanie toho, ktorá strana je momentálne aktívna, a tiež poskytuje prostriedky na synchronizáciu. Tie vám umožňujú vkladať kontrolné body do dlhých presunov, takže v prípade zlyhania sa môžete vrátiť k poslednému kontrolnému bodu namiesto toho, aby ste začínali odznova. V praxi používa vrstvu relácie len málo aplikácií a málokedy sa implementuje.

Vrstva relácie riadi prenos informácií medzi aplikačnými procesmi, koordinuje príjem, prenos a vydávanie jednej komunikačnej relácie. Okrem toho vrstva relácie navyše obsahuje funkcie správy hesiel, kontroly konverzácie, synchronizácie a zrušenia komunikácie v prenosovej relácii po zlyhaní v dôsledku chýb v nižších vrstvách. Funkciou tejto vrstvy je koordinovať komunikáciu medzi dvoma aplikačnými programami bežiacimi na rôznych pracovných staniciach. Prichádza vo forme dobre štruktúrovaného dialógu. Tieto funkcie zahŕňajú vytváranie relácie, riadenie prenosu a prijímania paketov správ počas relácie a ukončenie relácie.

Na úrovni relácie sa určuje, aký bude prenos medzi dvoma aplikačnými procesmi:

polovičný duplex (procesy budú postupne odosielať a prijímať údaje);

Duplex (procesy budú odosielať a prijímať dáta v rovnakom čase).

V poloduplexnom režime vrstva relácie vydá dátový token procesu, ktorý iniciuje prenos. Keď príde čas na odpoveď druhého procesu, dátový token sa mu odovzdá. Vrstva relácie umožňuje prenos iba strane, ktorá vlastní dátový token.

Vrstva relácie poskytuje nasledujúce funkcie:

1. Vytvorenie a dokončenie spojenia medzi interagujúcimi systémami na úrovni relácie.

2. Vykonávanie bežnej a urgentnej výmeny údajov medzi aplikačnými procesmi.

3. Riadenie interakcie aplikovaných procesov.

4. Synchronizácia pripojení relácie.

5. Oznamovanie procesov podávania žiadostí o výnimočných situáciách.

6. Založenie štítkov v aplikovanom procese, umožňujúce po zlyhaní alebo chybe obnoviť jeho vykonávanie z najbližšieho štítku.

7. Prerušenie v nevyhnutných prípadoch procesu podávania žiadostí a jeho správne obnovenie.

8. Ukončenie relácie bez straty dát.

9. Prenos špeciálnych správ o priebehu relácie.

Vrstva relácií je zodpovedná za organizáciu relácií výmeny údajov medzi koncovými strojmi. Protokoly vrstvy relácie sú zvyčajne súčasťou protokolov troch najvyšších vrstiev modelu.

Transportná vrstva

Transportná vrstva je určená na prenos paketov cez komunikačnú sieť. Na transportnej vrstve sú pakety rozdelené do blokov.

Na ceste od odosielateľa k príjemcovi sa môžu pakety poškodiť alebo stratiť. Zatiaľ čo niektoré aplikácie majú svoje vlastné spracovanie chýb, existujú niektoré, ktoré uprednostňujú okamžité riešenie spoľahlivého pripojenia. Úlohou transportnej vrstvy je zabezpečiť, aby aplikácie alebo vyššie vrstvy modelu (aplikácia a relácia) prenášali dáta s takým stupňom spoľahlivosti, aký vyžadujú. Model OSI definuje päť tried služieb poskytovaných transportnou vrstvou. Tieto typy služieb sa líšia kvalitou poskytovaných služieb: naliehavosťou, schopnosťou obnoviť prerušenú komunikáciu, dostupnosťou zariadení multiplexovania pre viacnásobné spojenia medzi rôznymi aplikačnými protokolmi prostredníctvom spoločného transportného protokolu, a čo je najdôležitejšie, schopnosťou odhaliť a opraviť chyby prenosu, ako je skreslenie, strata a duplikácia paketov.

Transportná vrstva určuje adresovanie fyzických zariadení (systémov, ich častí) v sieti. Táto vrstva garantuje doručovanie blokov informácií príjemcom a riadi toto doručovanie. Jeho hlavnou úlohou je poskytovať efektívne, pohodlné a spoľahlivé formy prenosu informácií medzi systémami. Keď sa spracováva viac ako jeden paket, transportná vrstva riadi poradie, v ktorom pakety prechádzajú. Ak prejde duplikát predtým prijatej správy, táto vrstva to rozpozná a správu ignoruje.

Funkcie transportnej vrstvy zahŕňajú:

1. Kontrola sieťového prenosu a zabezpečenie integrity dátových blokov.

2. Zisťovanie chýb, ich čiastočné odstraňovanie a oznamovanie neopravených chýb.

3. Obnova prenosu po poruchách a poruchách.

4. Konsolidácia alebo rozdelenie dátových blokov.

5. Prideľovanie priorít pri presune blokov (normálnych alebo urgentných).

6. Potvrdenie prevodu.

7. Eliminácia blokov v zablokovaných situáciách v sieti.

Počnúc transportnou vrstvou sú všetky vyššie protokoly implementované softvérovo, zvyčajne zahrnuté v sieťovom operačnom systéme.

Medzi najbežnejšie protokoly transportnej vrstvy patria:

TCP (Transmission Control Protocol) Protokol riadenia prenosu zásobníka TCP/IP;

UDP (User Datagram Protocol) je užívateľský datagramový protokol zásobníka TCP/IP;

NCP (NetWare Core Protocol) základný protokol pre siete NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) Novell Stack Sequenced Packet Exchange;

TP4 (Transmission Protocol) - prenosový protokol 4. triedy.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva zabezpečuje položenie kanálov spájajúcich účastnícke a administratívne systémy prostredníctvom komunikačnej siete, pričom si vyberá cestu najrýchlejším a najspoľahlivejším spôsobom.

Sieťová vrstva nadväzuje komunikáciu v počítačovej sieti medzi dvoma systémami a zabezpečuje položenie virtuálnych kanálov medzi nimi. Virtuálny alebo logický kanál je také fungovanie sieťových komponentov, ktoré vytvára ilúziu kladenia potrebnej cesty medzi interagujúce komponenty. Okrem toho sieťová vrstva informuje transportnú vrstvu o chybách, ktoré sa vyskytnú. Správy sieťovej vrstvy sa bežne označujú ako pakety. Obsahujú časti údajov. Sieťová vrstva je zodpovedná za ich adresovanie a doručovanie.

Položenie najlepšej cesty na prenos údajov sa nazýva smerovanie a jeho riešenie je hlavnou úlohou sieťovej vrstvy. Tento problém je znásobený skutočnosťou, že najkratšia cesta nie je vždy najlepšia. Často je kritériom pre výber trasy čas prenosu dát po tejto trase; závisí od šírky pásma komunikačných kanálov a intenzity premávky, ktorá sa môže časom meniť. Niektoré smerovacie algoritmy sa snažia prispôsobiť zmenám zaťaženia, zatiaľ čo iné sa rozhodujú na základe dlhodobých priemerov. Výber trasy môže byť založený aj na iných kritériách, ako je spoľahlivosť prenosu.

Protokol spojovej vrstvy poskytuje doručovanie údajov medzi ľubovoľnými uzlami iba v sieti s vhodnou typickou topológiou. Toto je veľmi prísne obmedzenie, ktoré neumožňuje budovať siete s rozvinutou štruktúrou, napríklad siete, ktoré spájajú niekoľko podnikových sietí do jednej siete, alebo vysoko spoľahlivé siete, v ktorých sú redundantné prepojenia medzi uzlami.

V rámci siete je teda doručovanie dát regulované linkovou vrstvou, ale doručovanie dát medzi sieťami je riešené sieťovou vrstvou. Pri organizácii doručovania paketov na úrovni siete sa používa koncept sieťového čísla. V tomto prípade adresa príjemcu pozostáva z čísla siete a čísla počítača v tejto sieti.

Siete sú prepojené špeciálnymi zariadeniami nazývanými smerovače. Router je zariadenie, ktoré zhromažďuje informácie o topológii prepojení a na základe nich posiela pakety sieťovej vrstvy do cieľovej siete. Aby bolo možné preniesť správu od odosielateľa nachádzajúceho sa v jednej sieti k príjemcovi nachádzajúcemu sa v inej sieti, je potrebné vykonať určitý počet tranzitných prenosov (preskokov) medzi sieťami, pričom je potrebné vždy zvoliť vhodnú cestu. Trasa je teda postupnosť smerovačov, ktorými paket prechádza.

Sieťová vrstva je zodpovedná za rozdelenie používateľov do skupín a smerovanie paketov na základe prekladu MAC adries na sieťové adresy. Sieťová vrstva tiež zabezpečuje transparentný prenos paketov do transportnej vrstvy.

Sieťová vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vytváranie sieťových spojení a identifikácia ich portov.

2. Detekcia a oprava chýb, ktoré sa vyskytnú pri prenose cez komunikačnú sieť.

3. Riadenie toku paketov.

4. Organizácia (poradie) sekvencií balíkov.

5. Smerovanie a prepínanie.

6. Segmentácia a konsolidácia balíkov.

Sieťová vrstva definuje dva druhy protokolov. Prvý typ sa týka definície pravidiel pre prenos paketov s údajmi koncových uzlov z uzla do smerovača a medzi smerovačmi. Práve na tieto protokoly sa zvyčajne odkazuje, keď sa hovorí o protokoloch sieťovej vrstvy. Iný typ protokolu, nazývaný protokoly výmeny informácií o smerovaní, sa však často označuje ako sieťová vrstva. Smerovače používajú tieto protokoly na zhromažďovanie informácií o topológii prepojení.

Protokoly sieťovej vrstvy sú implementované softvérovými modulmi operačného systému, ako aj softvérom a hardvérom smerovačov.

Najbežnejšie používané protokoly na sieťovej vrstve sú:

IP (Internet Protocol) Internetový protokol, sieťový protokol zásobníka TCP/IP, ktorý poskytuje informácie o adrese a smerovaní;

IPX (Internetwork Packet Exchange) je internetový protokol na výmenu paketov určený na adresovanie a smerovanie paketov v sieťach Novell;

medzinárodný štandard X.25 pre globálnu komunikáciu s prepínaním paketov (tento protokol je čiastočne implementovaný na vrstve 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) je sieťový protokol bez organizovania pripojení.

Linková vrstva (Dátové prepojenie)

Informačnou jednotkou spojovej vrstvy sú rámce (frame). Rámce sú logicky usporiadanou štruktúrou, do ktorej možno umiestňovať údaje. Úlohou spojovej vrstvy je prenášať rámce zo sieťovej vrstvy na fyzickú vrstvu.

Na fyzickej vrstve sa bity jednoducho odosielajú. Neberie sa do úvahy, že v niektorých sieťach, v ktorých komunikačné linky striedavo využíva niekoľko párov interagujúcich počítačov, môže byť fyzické prenosové médium vyťažené. Preto je jednou z úloh spojovej vrstvy kontrola dostupnosti prenosového média. Ďalšou úlohou spojovej vrstvy je implementácia mechanizmov detekcie chýb a ich korekcie.

Linková vrstva zaisťuje, že každý rámec je prenášaný správne, umiestnením špeciálnej bitovej sekvencie na začiatok a koniec každého rámca na jeho označenie a tiež vypočítava kontrolný súčet tak, že sčítava všetky bajty rámca určitým spôsobom a pridáva kontrolný súčet do rám. Keď príde rámec, prijímač opäť vypočíta kontrolný súčet prijatých dát a porovná výsledok s kontrolným súčtom z rámca. Ak sa zhodujú, rámec sa považuje za platný a akceptovaný. Ak sa kontrolné súčty nezhodujú, vygeneruje sa chyba.

Úlohou spojovej vrstvy je preberať pakety prichádzajúce zo sieťovej vrstvy a pripraviť ich na prenos ich umiestnením do rámca vhodnej veľkosti. Táto vrstva je potrebná na určenie, kde sa blok začína a končí, a na zistenie chýb prenosu.

Na rovnakej úrovni sú definované pravidlá používania fyzickej vrstvy sieťovými uzlami. Elektrická reprezentácia údajov v sieti LAN (dátové bity, metódy kódovania údajov a značky) sa rozpoznáva len na tejto úrovni. Tu sa zistia a opravia chyby (požiadaním o opakovaný prenos údajov).

Linková vrstva zabezpečuje vytváranie, prenos a príjem dátových rámcov. Táto vrstva obsluhuje požiadavky sieťovej vrstvy a využíva službu fyzickej vrstvy na príjem a prenos paketov. Špecifikácie IEEE 802.X rozdeľujú linkovú vrstvu na dve podvrstvy:

Riadenie logického spojenia LLC (Logical Link Control) poskytuje riadenie logického spojenia. Podvrstva LLC poskytuje služby sieťovej vrstve a zaoberá sa prenosom a prijímaním užívateľských správ.

Riadenie prístupu k médiám MAC (Media Assess Control). Podvrstva MAC reguluje prístup k zdieľanému fyzickému médiu (prechod tokenu alebo detekcia kolízie alebo kolízie) a riadi prístup ku komunikačnému kanálu. Podvrstva LLC je nad podvrstvou MAC.

Vrstva dátového spojenia definuje prístup k médiu a riadenie prenosu prostredníctvom procedúry prenosu dát cez linku.

Pri veľkých veľkostiach prenášaných dátových blokov ich spojová vrstva rozdeľuje na rámce a prenáša rámce ako sekvencie.

Po prijatí rámcov z nich vrstva vytvorí prenášané dátové bloky. Veľkosť bloku údajov závisí od spôsobu prenosu, kvality kanála, cez ktorý sa prenáša.

V sieťach LAN používajú protokoly spojovej vrstvy počítače, mosty, prepínače a smerovače. V počítačoch sú funkcie spojovej vrstvy implementované spoločným úsilím sieťových adaptérov a ich ovládačov.

Linková vrstva môže vykonávať nasledujúce typy funkcií:

1. Organizácia (vytvorenie, správa, ukončenie) kanálových spojení a identifikácia ich portov.

2. Organizácia a presun personálu.

3. Detekcia a oprava chýb.

4. Riadenie toku dát.

5. Zabezpečenie transparentnosti logických kanálov (prenos dát cez ne akýmkoľvek spôsobom zakódovaný).

Medzi najčastejšie používané protokoly na linkovej vrstve patria:

HDLC (High Level Data Link Control) protokol riadenia vysokoúrovňového dátového spojenia pre sériové pripojenia;

IEEE 802.2 LLC (Typ I a Typ II) poskytuje MAC pre prostredia 802.x;

Technológia siete Ethernet podľa štandardu IEEE 802.3 pre siete využívajúce zbernicovú topológiu a viacnásobný prístup s počúvaním nosiča a detekciou kolízií;

Technológia siete token ring podľa štandardu IEEE 802.5, využívajúca kruhovú topológiu a kruhovú prístupovú metódu na odovzdávanie tokenov;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) sieťová technológia IEEE 802.6 využívajúca médiá z optických vlákien;

X.25 je medzinárodný štandard pre globálnu komunikáciu s prepínaním paketov;

Frame relay sieť organizovaná z technológií X25 a ISDN.

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva je navrhnutá na prepojenie s fyzickými prostriedkami pripojenia. Fyzická konektivita je kombinácia fyzických médií, hardvéru a softvéru, ktorá umožňuje signalizáciu medzi systémami.

Fyzické médium je hmotná látka, cez ktorú sa prenášajú signály. Fyzické médium je základom, na ktorom sú postavené fyzické prostriedky spojenia. Éter, kovy, optické sklo a kremeň sú široko používané ako fyzické médiá.

Fyzická vrstva pozostáva z podvrstvy mediálneho rozhrania a podvrstvy prenosovej transformácie.

Prvý z nich zabezpečuje spárovanie dátového toku s použitým fyzickým komunikačným kanálom. Druhý vykonáva transformácie súvisiace s použitými protokolmi. Fyzická vrstva poskytuje fyzické rozhranie pre dátový kanál a tiež popisuje procedúry prenosu signálov do a z kanála. Na tejto úrovni sú definované elektrické, mechanické, funkčné a procedurálne parametre pre fyzickú komunikáciu v systémoch. Fyzická vrstva prijíma dátové pakety z prekrývajúcej spojovej vrstvy a konvertuje ich na optické alebo elektrické signály zodpovedajúce 0 a 1 binárneho toku. Tieto signály sa posielajú cez prenosové médium do prijímacieho uzla. Mechanické a elektrické/optické vlastnosti prenosového média sú definované na fyzickej vrstve a zahŕňajú:

Typ káblov a konektorov;

Priradenie pinov v konektoroch;

Schéma kódovania signálu pre hodnoty 0 a 1.

Fyzická vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vytvorenie a rozpojenie fyzických spojení.

2. Prenos signálov v sériovom kóde a príjem.

3. V prípade potreby počúvanie kanálov.

4. Identifikácia kanálov.

5. Oznámenie o výskyte porúch a porúch.

Oznámenie o výskyte porúch a porúch je spôsobené skutočnosťou, že na fyzickej vrstve je zistená určitá trieda udalostí, ktoré narúšajú normálnu prevádzku siete (kolízia rámcov odoslaných niekoľkými systémami naraz, prerušenie kanála, výpadok napájania strata mechanického kontaktu atď.). Typy služieb poskytovaných vrstve dátového spojenia sú definované protokolmi fyzickej vrstvy. Počúvanie kanálu je potrebné v prípadoch, keď je k jednému kanálu pripojená skupina systémov, ale iba jeden z nich môže súčasne vysielať signály. Preto vám počúvanie kanála umožňuje určiť, či je voľný na prenos. V niektorých prípadoch je pre jasnejšiu definíciu štruktúry fyzická vrstva rozdelená na niekoľko podúrovní. Napríklad fyzická vrstva bezdrôtovej siete je rozdelená na tri podvrstvy (obrázok 1.14).

Ryža. 1.14. Fyzická vrstva bezdrôtovej siete LAN

Funkcie fyzickej vrstvy sú implementované vo všetkých zariadeniach pripojených k sieti. Na strane počítača sú funkcie fyzickej vrstvy vykonávané sieťovým adaptérom. Opakovače sú jediným typom zariadenia, ktoré funguje iba na fyzickej vrstve.

Fyzická vrstva môže poskytovať asynchrónny (sériový) aj synchrónny (paralelný) prenos, ktorý sa používa pre niektoré sálové počítače a minipočítače. Na fyzickej vrstve musí byť definovaná kódovacia schéma reprezentujúca binárne hodnoty na prenos cez komunikačný kanál. Mnoho miestnych sietí používa kódovanie Manchester.

Príkladom protokolu fyzickej vrstvy je špecifikácia technológie 10Base-T Ethernet, ktorá definuje netienenú krútenú dvojlinku kategórie 3 s charakteristickou impedanciou 100 ohmov, konektor RJ-45, maximálnu dĺžku fyzického segmentu 100 metrov, manchesterský kód pre reprezentáciu údajov a ďalšie charakteristiky, ako je použitý kábel, prostredie a elektrické signály.

Medzi najbežnejšie špecifikácie fyzickej vrstvy patria:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - Mechanické/elektrické nevyvážené sériové rozhranie;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - mechanické, elektrické a optické charakteristiky vyváženého sériového rozhrania;

Ethernet je sieťová technológia IEEE 802.3 pre siete využívajúce zbernicovú topológiu a viacnásobný prístup s detekciou nosnej siete a detekciou kolízií;

Token ring je sieťová technológia IEEE 802.5, ktorá využíva kruhovú topológiu a metódu prístupu token passing ring.

Začnem tým, že definujem, ako sa to robí. OSI model je teoreticky ideálny model na prenos dát cez sieť. To znamená, že s týmto modelom sa v praxi nikdy nestretnete s presnou zhodou, toto je benchmark, ktorý vývojári sieťového softvéru a výrobcovia sieťových zariadení dodržiavajú, aby si zachovali kompatibilitu svojich produktov. Môžete to porovnať s predstavami ľudí o ideálnom človeku – nikde to nenájdete, ale každý vie, o čo sa má snažiť.


Chcem hneď poukázať na jednu nuanciu - to, čo sa prenáša cez sieť v rámci modelu OSI, budem nazývať dáta, čo nie je úplne správne, ale aby som začínajúceho čitateľa nemýlil pojmami, urobil som kompromis s mojim svedomie.


Nižšie je najznámejší a najrozumnejší diagram modelu OSI. V článku bude viac kresieb, ale navrhujem považovať prvý za hlavný:



Tabuľka pozostáva z dvoch stĺpcov, v počiatočnej fáze nás zaujíma iba ten pravý. Tabuľku budeme čítať zdola nahor (ale ako inak :)). V skutočnosti to nie je môj rozmar, ale robím to pre pohodlie asimilácie informácií - od jednoduchých po zložité. Choď!


Na pravej strane vyššie uvedenej tabuľky je zdola nahor zobrazená cesta dát prenášaných cez sieť (napríklad z domáceho smerovača do počítača). Objasnenie - úrovne OSI zdola nahor, potom to bude dátová cesta na prijímacej strane, ak zhora nadol, tak naopak - odosielanie. Dúfam, že je to jasné. Aby sme úplne rozptýlili pochybnosti, tu je ďalší diagram pre jasnosť:



Na sledovanie cesty údajov a zmien, ktoré s nimi nastanú cez úrovne, si stačí predstaviť, ako sa pohybujú pozdĺž modrej čiary v diagrame, najprv sa pohybujú zhora nadol cez úrovne OSI z prvého počítača, potom zdola nahor k druhému. Teraz sa pozrime bližšie na každú z úrovní.


1) Fyzické(fyzické) - označuje sa ním takzvané "médium na prenos údajov", t.j. drôty, optický kábel, rádiové vlny (v prípade bezdrôtových spojení) a podobne. Napríklad, ak je váš počítač pripojený k internetu pomocou kábla, potom sú zodpovedné káble, kontakty na konci kábla, kontakty konektora sieťovej karty vášho počítača, ako aj vnútorné elektrické obvody na doskách počítača. za kvalitu prenosu dát na prvej, fyzickej úrovni. Sieťoví inžinieri majú koncept "problém s fyzikou" - to znamená, že špecialista videl zariadenie fyzickej vrstvy ako vinníka "neprenosu" údajov, napríklad je niekde zlomený sieťový kábel alebo slabý signál úrovni.


2) Kanál(datalink) - toto je oveľa zaujímavejšie. Aby sme porozumeli linkovej vrstve, budeme musieť najprv pochopiť pojem MAC adresa, keďže to bude hlavná postava tejto kapitoly :). MAC adresa sa tiež nazýva „fyzická adresa“, „hardvérová adresa“. Je to sada 12 znakov hexadecimálnyčíselný systém delený 6 oktety pomlčka alebo dvojbodka, napríklad 08:00:27:b4:88:c1. Je potrebný na jednoznačnú identifikáciu sieťového zariadenia v sieti. Teoreticky je MAC adresa celosvetovo jedinečná, t.j. nikde na svete taká adresa nemôže byť a je "všitá" do sieťového zariadenia už vo výrobe. Existujú však jednoduché spôsoby, ako ho zmeniť na ľubovoľný, a okrem toho niektorí bezohľadní a málo známi výrobcovia neváhajú priklincovať napríklad 5000 sieťových kariet s úplne rovnakým MAC. Ak sa teda aspoň dvaja takíto „akrobatickí bratia“ objavia v tej istej lokálnej sieti, začnú konflikty a problémy.


Čiže na dátovej linkovej vrstve sú dáta spracovávané sieťovým zariadením, ktoré zaujíma len jediné – naša notoricky známa MAC adresa, t.j. má záujem o adresu doručenia. Medzi zariadenia na linkovej úrovni patria napríklad prepínače (sú to tiež prepínače) - uchovávajú si v pamäti MAC adresy sieťových zariadení, s ktorými majú priame priame spojenie a pri príjme dát na svojom prijímacom porte kontrolujú MAC. adresy v údajoch s MAC adresami dostupnými v pamäti. Ak existujú zhody, údaje sa prenesú adresátovi, zvyšok sa jednoducho ignoruje.


3) Sieť(sieť) - "posvätná" úroveň, pochopenie princípu fungovania z veľkej časti robí sieťového inžiniera takým. Tu už „IP-adresa“ vládne železnou rukou, tu je základom základov. V dôsledku absencie adresy IP je možné prenášať údaje medzi počítačmi, ktoré nie sú súčasťou rovnakej lokálnej siete. Prenos dát medzi rôznymi lokálnymi sieťami sa nazýva smerovanie a zariadenia, ktoré to umožňujú, sa nazývajú smerovače (sú to tiež smerovače, aj keď v posledných rokoch je koncept smerovača značne zvrátený).


Takže, IP adresa - ak nejdete do detailov, tak toto je určitá množina 12 číslic v desiatkovej ("normálnej") číselnej sústave, rozdelená do 4 oktetov, oddelených bodkou, ktorá je priradená sieťové zariadenie pri pripojení k sieti. Tu musíte ísť trochu hlbšie: veľa ľudí napríklad pozná adresu z rozsahu 192.168.1.23. Je celkom zrejmé, že neexistuje 12 číslic. Ak však napíšete adresu v plnom formáte, všetko zapadne - 192.168.001.023. V tejto fáze sa nebudeme hrabať ešte hlbšie, keďže IP adresovanie je samostatná téma pre príbeh a reláciu.


4) Transportná vrstva(preprava) - ako už z názvu vyplýva, je potrebná špeciálne na doručenie a odoslanie údajov adresátovi. Ak by sme mali prirovnať k našej dlhotrvajúcej pošte, IP adresa je vlastne doručovacia alebo prijímacia adresa a prepravný protokol je poštár, ktorý vie čítať a vie doručiť list. Protokoly sú rôzne, na rôzne účely, ale majú rovnaký význam – doručenie.


Úroveň dopravy je posledná, ktorá je vo všeobecnosti zaujímavá pre sieťových inžinierov, správcov systému. Ak všetky 4 nižšie úrovne fungovali ako mali, no dáta sa nedostali na miesto určenia, tak problém treba hľadať už v softvéri konkrétneho počítača. Protokoly takzvaných vyšších úrovní veľmi znepokojujú programátorov a niekedy aj správcov systému (ak sa napríklad zaoberá údržbou serverov). Preto ďalej okrajovo popíšem účel týchto úrovní. Navyše, ak sa na situáciu pozriete objektívne, najčastejšie v praxi preberá funkcie viacerých vyšších vrstiev modelu OSI naraz jedna aplikácia alebo služba a nedá sa jednoznačne povedať, kam to pripísať.


5) Relácia(relácia) - riadi otvorenie, ukončenie relácie prenosu dát, kontroluje prístupové práva, riadi synchronizáciu začiatku a konca prenosu. Ak napríklad stiahnete súbor z internetu, váš prehliadač (alebo prostredníctvom toho, čo tam stiahnete) odošle požiadavku na server, kde sa súbor nachádza. V tomto bode sú zapnuté protokoly relácie, ktoré zabezpečujú úspešné stiahnutie súboru, po ktorom sa teoreticky automaticky vypnú, aj keď existujú možnosti.


6) Výkonný riaditeľ(prezentácia) - Pripraví dáta na spracovanie koncovou aplikáciou. Ak je to napríklad textový súbor, tak treba skontrolovať kódovanie (aby sa to neukázalo ako “praskliny”), dá sa rozbaliť z archívu....ale tu čo som napísal je jasne vidieť skôr - je veľmi ťažké oddeliť, kde zástupca končí úroveň a kde začína ďalšia:


7) Aplikované(Aplikácia) - ako už z názvu vyplýva, úroveň aplikácií, ktoré využívajú prijaté dáta a vidíme výsledok práce všetkých úrovní modelu OSI. Tento text napríklad čítate, pretože ste ho otvorili v správnom kódovaní, v správnom type písma atď. váš prehliadač.


A teraz, keď máme aspoň všeobecné pochopenie technológie procesu, považujem za potrebné povedať o bitoch, rámcoch, paketoch, blokoch a dátach. Ak si pamätáte, na začiatku článku som vás požiadal, aby ste nevenovali pozornosť ľavému stĺpcu v hlavnej tabuľke. Takže je jej čas! Teraz sa vrátime späť cez všetky vrstvy modelu OSI a uvidíme, ako sa jednoduché bity (0 a jednotky) menia na dáta. Pôjdeme aj zdola nahor, aby sme neporušili postupnosť asimilácie materiálu.


Na fyzickej úrovni máme signál. Môže to byť elektrické, optické, rádiové vlny atď. Zatiaľ to ani nie sú bity, ale sieťové zariadenie analyzuje prijatý signál a prevedie ho na nuly a jednotky. Tento proces sa nazýva „konverzia hardvéru“. Ďalej, už vo vnútri sieťového zariadenia, sú bity kombinované do (osem bitov v jednom byte), spracované a prenášané do spojovej vrstvy.


Na vrstve dátového spojenia máme tzv rám. Zhruba povedané, ide o balík bajtov, od 64 do 1518 v jednom balíku, z ktorého prepínač načíta hlavičku, ktorá obsahuje MAC adresy príjemcu a odosielateľa, ako aj technické informácie. Vidieť zhody MAC adresy v hlavičke a v nej prepínací stôl(pamäť), prepínač odošle snímky s takýmito zhodami do cieľového zariadenia


Na sieteúrovni, k celej tej dobrote sa pridávajú aj IP adresy príjemcu a odosielateľa, ktoré sú všetky extrahované z tej istej hlavičky a tomu sa hovorí paket.


Na transportnej úrovni je paket adresovaný príslušnému protokolu, ktorého kód je uvedený v servisnej informácii hlavičky a je daný na obsluhu protokolom vyššej úrovne, pre ktoré ide už o plnohodnotné dáta, t.j. informácie v stráviteľnej, aplikáciou použiteľnej forme.


Nižšie uvedený diagram to ukáže jasnejšie:


Model OSI je koncepčný model vytvorený Medzinárodnou organizáciou pre štandardy, ktorý umožňuje rôznym komunikačným systémom komunikovať pomocou štandardných protokolov. Jednoducho povedané, OSI poskytuje štandard pre rôzne počítačové systémy, aby mohli navzájom komunikovať.

Modely OSI možno považovať za univerzálny jazyk pre počítačové siete. Je založený na koncepte rozdelenia komunikačného systému do siedmich abstraktných vrstiev, z ktorých každá je naskladaná na poslednej.
Každá vrstva modelu OSI vykonáva špecifickú prácu a interaguje s vrstvami nad a pod sebou. zamerať sa na určité úrovne sieťového pripojenia. Aplikačná vrstva napáda cieľovú vrstvu 7 a protokolová vrstva napáda cieľové vrstvy 3 a 4.

Prečo je model OSI dôležitý

Aj keď sa moderný internet striktne neriadi modelom OSI (bližšie sa riadi jednoduchšou sadou internetových protokolov), model OSI je stále veľmi užitočný na riešenie problémov so sieťou. Či už je to jedna osoba, ktorá nemôže získať svoj port na internete, alebo je webová stránka nedostupná pre tisíce používateľov, model OSI môže problém vyriešiť a izolovať zdroj. Ak sa dá problém zúžiť na jednu konkrétnu vrstvu modelu, dá sa predísť množstvu zbytočnej práce.

Sedem úrovní abstrakcie modelu OSI možno definovať takto, zhora nadol:

7. Aplikačná vrstva

Toto je jediná vrstva, ktorá priamo interaguje s používateľskými údajmi. Softvérové ​​aplikácie, ako sú webové prehliadače a e-mailoví klienti, používajú aplikačnú vrstvu na začatie komunikácie. Malo by sa však ujasniť, že klientske softvérové ​​aplikácie nie sú súčasťou aplikačnej vrstvy. Aplikačná vrstva je skôr zodpovedná za protokoly a spracovanie údajov, na ktoré sa softvér spolieha pri prezentovaní zmysluplných údajov používateľovi. Protokoly aplikačnej vrstvy zahŕňajú HTTP a tiež SMTP, čo je jeden z protokolov, ktorý umožňuje e-mailovú komunikáciu.

6. Prezentačná vrstva

Táto vrstva je primárne zodpovedná za prípravu údajov, aby ich mohla použiť aplikačná vrstva. Inými slovami, vrstva 6 umožňuje prezentovať údaje aplikáciám. Prezentačná vrstva je zodpovedná za preklad, šifrovanie a kompresiu údajov.

Dve komunikujúce zariadenia môžu používať rôzne spôsoby kódovania, takže vrstva 6 je zodpovedná za konverziu prichádzajúcich údajov do syntaxe, ktorej rozumie aplikačná vrstva prijímajúceho zariadenia.
Ak zariadenia komunikujú cez šifrované spojenie, vrstva 6 je zodpovedná za pridanie šifrovania na strane odosielateľa, ako aj za dekódovanie šifrovania na strane príjemcu, aby mohla aplikačnej vrstve poskytnúť nezašifrované, čitateľné údaje.

Nakoniec, prezentačná vrstva je zodpovedná aj za kompresiu údajov, ktoré prijíma z aplikačnej vrstvy pred ich doručením do vrstvy, čo pomáha zlepšiť rýchlosť a efektivitu komunikácie minimalizovaním množstva prenášaných údajov.

5. Vrstva relácie

Táto vrstva je zodpovedná za otváranie a zatváranie spojenia medzi dvoma zariadeniami. Čas medzi otvorením a zatvorením spojenia sa nazýva relácia. Vrstva relácie zaisťuje, že relácia zostane otvorená dostatočne dlho na prenos všetkých vymieňaných údajov, a potom reláciu rýchlo uzavrie, aby sa predišlo plytvaniu zdrojmi.
Vrstva relácie tiež synchronizuje prenos údajov s kontrolnými bodmi. Napríklad pri prenose 100 megabajtového súboru môže vrstva relácie nastaviť kontrolný bod každých 5 megabajtov. V prípade odpojenia alebo zlyhania po prenose 52 MB je možné reláciu obnoviť od posledného kontrolného bodu, čo znamená, že je potrebné preniesť ďalších 50 MB dát. Bez kontrolných bodov by celá prevodovka musela začať od nuly.

4. Transportná vrstva

Vrstva 4 je zodpovedná za end-to-end komunikáciu medzi týmito dvoma zariadeniami. To zahŕňa prevzatie údajov z vrstvy relácie a ich rozdelenie na časti nazývané segmenty pred ich odoslaním do vrstvy 3. Transportná vrstva na prijímacom zariadení je zodpovedná za opätovné zostavenie segmentov do údajov, ktoré môže vrstva relácie použiť.
Transportná vrstva je zodpovedná za riadenie toku a kontrolu chýb. Riadenie toku určuje optimálnu bitovú rýchlosť, aby sa zabezpečilo, že odosielateľ pri rýchlom pripojení nezahltí prijímač pri pomalom pripojení. Transportná vrstva vykonáva kontrolu chýb na prijímacej strane, pričom zaisťuje, že prijaté dáta sú kompletné, a ak tomu tak nie je, požaduje opakovaný prenos.

3. Sieťová vrstva

Sieťová vrstva je zodpovedná za uľahčenie prenosu údajov medzi dvoma rôznymi sieťami. Ak sú dve interagujúce zariadenia v rovnakej sieti, sieťová vrstva nie je potrebná. Sieťová vrstva rozdeľuje segmenty transportnej vrstvy na menšie jednotky nazývané pakety na odosielacom zariadení a tieto pakety znova zostavuje na prijímacom zariadení. Sieťová vrstva tiež nájde najlepšiu fyzickú cestu, aby sa dáta dostali do cieľa. Toto sa nazýva smerovanie.

2. Vrstva dátového spojenia

Veľmi podobné sieťovej vrstve, až na to, že vrstva 2 uľahčuje prenos dát medzi dvoma zariadeniami v rovnakej sieti. Táto spojová vrstva prijíma pakety zo sieťovej vrstvy a rozdeľuje ich na menšie časti nazývané rámce. Podobne ako sieťová vrstva je aj vrstva dátového spojenia zodpovedná za riadenie toku a správu chýb pre intranetovú komunikáciu (prenosová vrstva vykonáva iba riadenie toku a správu chýb pri komunikácii v sieti).

1. Fyzická vrstva

Táto vrstva zahŕňa fyzické vybavenie zapojené do prenosu údajov, ako sú káble a prepínače. Je to tiež vrstva, kde sa údaje konvertujú na bitový tok, čo je reťazec 1 s a 0 s. Fyzická vrstva oboch zariadení musí tiež súhlasiť s konvenciou signalizácie, aby bolo možné rozlíšiť 1 od 0 na oboch zariadeniach.

Dáta prechádzajú cez model OSI

Na to, aby sa informácie čitateľné pre človeka dostali cez sieť z jedného zariadenia do druhého, musia údaje prechádzať cez sedem vrstiev modelu OSI na vysielacom zariadení a potom nahor cez sedem vrstiev na prijímacom konci.
Niekto chce napríklad poslať list priateľovi. Odosielateľ vytvorí správu v e-mailovej aplikácii na svojom notebooku a potom klikne na odoslať. Jeho poštová aplikácia odovzdá e-mailovú správu aplikačnej vrstve, ktorá si vyberie protokol (SMTP) a odovzdá údaje prezentačnej vrstve. Údaje sa potom skomprimujú a odovzdajú vrstve relácie, ktorá spustí reláciu.

Dáta sa potom dostanú do transportnej vrstvy odosielateľa, kde budú segmentované, potom budú tieto segmenty rozdelené na pakety na sieťovej vrstve, ktoré budú ďalej rozdelené na rámce na vrstve dátového spojenia. Táto vrstva ich prenesie do fyzickej vrstvy, ktorá skonvertuje dáta na bitový tok 1 s a 0 s a odošle ich cez fyzické médium, ako je kábel.
Akonáhle počítač príjemcu prijme bitový tok cez fyzické médium (napríklad wifi), dáta prejdú rovnakou sériou vrstiev na ich zariadení, ale v opačnom poradí. Po prvé, fyzická vrstva konvertuje bitový tok z 1 s a 0 s na rámce, ktoré sú odovzdané vrstve dátového spojenia. Vrstva dátového spojenia potom zabalí rámce pre sieťovú vrstvu. Sieťová vrstva potom vytvorí segmenty z paketov pre transportnú vrstvu, ktorá segmenty zostaví do jedného kusu dát.

Údaje potom idú do vrstvy relácie prijímača, ktorý ich odovzdá prezentačnej vrstve a potom reláciu ukončí. Prezentačná vrstva potom odstráni kompresiu a odovzdá nespracované údaje aplikačnej vrstve. Aplikačná vrstva by potom odovzdala ľudsky čitateľné údaje spolu s e-mailovým softvérom príjemcu, čo by umožnilo prečítať e-mail odosielateľa na obrazovke prenosného počítača.

Na videu: model OSI a zásobník protokolu TCP IP. Základy Ethernetu.

Pre jednotnú reprezentáciu dát v sieťach s heterogénnymi zariadeniami a softvérom vyvinula medzinárodná organizácia pre normy ISO (International Standardization Organization) základný komunikačný model pre otvorené systémy OSI (Open System Interconnection). Tento model popisuje pravidlá a postupy na prenos údajov v rôznych sieťových prostrediach pri organizovaní komunikačnej relácie. Hlavnými prvkami modelu sú vrstvy, aplikačné procesy a fyzické prostriedky spojenia. Na obr. 1.10 ukazuje štruktúru základného modelu.

Každá vrstva modelu OSI vykonáva špecifickú úlohu v procese prenosu údajov cez sieť. Základný model je základom pre vývoj sieťových protokolov. OSI rozdeľuje komunikačné funkcie v sieti do siedmich vrstiev, z ktorých každá slúži inej časti procesu interoperability otvorených systémov.

Model OSI popisuje iba prostriedky interakcie celého systému, nie aplikácie pre koncových používateľov. Aplikácie implementujú svoje vlastné komunikačné protokoly prístupom k systémovým zariadeniam.

Ryža. 1.10. OSI model

Ak aplikácia môže prevziať funkcie niektorých vyšších vrstiev modelu OSI, potom pre komunikáciu priamo pristupuje k systémovým nástrojom, ktoré vykonávajú funkcie zostávajúcich nižších vrstiev modelu OSI.

Interakcia vrstiev modelu OSI

Model OSI možno rozdeliť na dva rôzne modely, ako je znázornené na obr. 1.11:

Horizontálny model založený na protokole, ktorý poskytuje mechanizmus interakcie programov a procesov na rôznych strojoch;

Vertikálny model založený na službách poskytovaných susednými vrstvami na tom istom stroji.

Každá vrstva odosielajúceho počítača interaguje s rovnakou vrstvou prijímajúceho počítača, ako keby bola priamo prepojená. Takéto spojenie sa nazýva logické alebo virtuálne spojenie. V skutočnosti sa interakcia uskutočňuje medzi susednými úrovňami jedného počítača.

Takže informácie na odosielajúcom počítači musia prejsť všetkými úrovňami. Potom sa prenesie cez fyzické médium do prijímajúceho počítača a opäť prechádza všetkými vrstvami, kým nedosiahne rovnakú úroveň, z ktorej bol odoslaný na odosielajúcom počítači.

V horizontálnom modeli potrebujú dva programy na výmenu údajov spoločný protokol. Vo vertikálnom modeli susedné vrstvy komunikujú pomocou aplikačných programovacích rozhraní (API).

Ryža. 1.11. Diagram interakcie počítača v základnom referenčnom modeli OSI

Pred privedením do siete sa dáta rozdelia na pakety. Paket je jednotka informácií prenášaných medzi stanicami v sieti.

Pri odosielaní dát paket postupne prechádza všetkými vrstvami softvéru. Na každej úrovni sa do paketu pridávajú riadiace informácie tejto úrovne (hlavička), ktoré sú nevyhnutné pre úspešný prenos dát po sieti, ako je znázornené na obr. 1.12, kde Zag je hlavička paketu, End je koniec paketu.

Na prijímacej strane paket prechádza všetkými vrstvami v opačnom poradí. Na každej vrstve protokol na tejto vrstve načíta informácie o pakete, potom odstráni informácie pridané do paketu v rovnakej vrstve odosielateľom a pošle paket ďalšej vrstve. Keď paket dosiahne aplikačnú vrstvu, všetky riadiace informácie sa z paketu odstránia a dáta sa vrátia do pôvodnej podoby.

Ryža. 1.12. Vytvorenie balíka každej úrovne sedemúrovňového modelu

Každá úroveň modelu má svoju vlastnú funkciu. Čím vyššia úroveň, tým ťažšia je úloha, ktorú rieši.

Je vhodné uvažovať o jednotlivých vrstvách modelu OSI ako o skupinách programov určených na vykonávanie špecifických funkcií. Jedna vrstva je napríklad zodpovedná za zabezpečenie prevodu údajov z ASCII do EBCDIC a obsahuje programy potrebné na splnenie tejto úlohy.

Každá vrstva poskytuje službu vyššej vrstve a následne požaduje službu od nižšej vrstvy. Horné vrstvy vyžadujú službu takmer rovnakým spôsobom: spravidla ide o požiadavku smerovať niektoré dáta z jednej siete do druhej. Praktická implementácia princípov adresovania dát je priradená nižším úrovniam. Na obr. 1.13 poskytuje stručný popis funkcií všetkých úrovní.

Ryža. 1.13. Funkcie vrstiev modelu OSI

Uvažovaný model určuje interakciu otvorených systémov od rôznych výrobcov v tej istej sieti. Preto pre nich vykonáva koordinačné akcie na:

Interakcia aplikovaných procesov;

Formuláre na prezentáciu údajov;

Jednotné ukladanie údajov;

Správa sieťových zdrojov;

Bezpečnosť údajov a ochrana informácií;

Diagnostika programov a hardvéru.

Aplikačná vrstva

Aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom prístup do oblasti interakcie, je vyššou (siedmou) úrovňou a priamo susedí s aplikačnými procesmi.

V skutočnosti je aplikačná vrstva súborom rôznych protokolov, pomocou ktorých používatelia siete pristupujú k zdieľaným zdrojom, ako sú súbory, tlačiarne alebo hypertextové webové stránky, a organizujú svoju spoluprácu, napríklad pomocou e-mailového protokolu. Špeciálne prvky aplikačných služieb poskytujú služby pre špecifické aplikačné programy, ako sú programy na prenos súborov a emuláciu terminálu. Ak napríklad program potrebuje odosielať súbory, použije sa protokol na prenos súborov FTAM (File Transfer, Access, and Management). V modeli OSI aplikačný program, ktorý potrebuje vykonať špecifickú úlohu (napríklad aktualizovať databázu v počítači), odošle do aplikačnej vrstvy špecifické údaje vo forme datagramu. Jednou z hlavných úloh tejto vrstvy je určiť, ako má byť žiadosť aplikácie spracovaná, inými slovami, akú formu má mať žiadosť.

Jednotka údajov, s ktorou aplikačná vrstva pracuje, sa zvyčajne nazýva správa.

Aplikačná vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vykonávanie rôznych druhov prác.

Prenos súboru;

Riadenie práce;

Správa systému atď.;

2. Identifikácia používateľov pomocou ich hesiel, adries, elektronických podpisov;

3. Určenie funkčných predplatiteľov a možnosti prístupu k novým aplikačným procesom;

4. Určenie dostatku dostupných zdrojov;

5. Organizácia žiadostí o prepojenie s inými aplikačnými procesmi;

6. Presun žiadostí na reprezentatívnu úroveň o potrebné metódy popisu informácií;

7. Výber postupov pre plánovaný procesný dialóg;

8. Správa dát vymieňaných medzi aplikačnými procesmi a synchronizácia interakcie medzi aplikačnými procesmi;

9. Stanovenie kvality služby (čas dodania dátových blokov, akceptovateľná chybovosť);

10. Dohoda o oprave chýb a stanovení spoľahlivosti údajov;

11. Koordinácia obmedzení uložených na syntax (znakové sady, dátová štruktúra).

Tieto funkcie definujú druhy služieb, ktoré aplikačná vrstva poskytuje aplikačným procesom. Okrem toho aplikačná vrstva prenáša na aplikačné procesy službu poskytovanú fyzickou, linkovou, sieťovou, transportnou, reláciou a prezentačnou vrstvou.

Na aplikačnej úrovni je potrebné poskytnúť užívateľom už spracované informácie. To môže zvládnuť systémový a používateľský softvér.

Aplikačná vrstva je zodpovedná za prístup k aplikáciám do siete. Úlohami tejto úrovne sú prenos súborov, výmena pošty a správa siete.

Najbežnejšie protokoly troch vrstiev sú:

FTP (File Transfer Protocol) protokol na prenos súborov;

TFTP (Trvial File Transfer Protocol) je najjednoduchší protokol na prenos súborov;

e-mail X.400;

Telnet práca so vzdialeným terminálom;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) je jednoduchý protokol na výmenu pošty;

CMIP (Common Management Information Protocol) spoločný protokol správy informácií;

SLIP (Serial Line IP) IP pre sériové linky. Protokol na sériový prenos údajov po znakoch;

SNMP (Simple Network Management Protocol) jednoduchý protokol správy siete;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) je protokol na prenos, prístup a správu súborov.

Prezentačná vrstva

Funkciou tejto úrovne je prezentácia dát prenášaných medzi aplikačnými procesmi v požadovanej forme.

Táto vrstva zabezpečuje, že informácie odovzdané aplikačnou vrstvou budú pochopené aplikačnou vrstvou v inom systéme. V prípade potreby prezentačná vrstva v čase prenosu informácií vykoná konverziu dátových formátov do nejakého bežného prezentačného formátu a v čase príjmu vykoná spätnú konverziu. Aplikačné vrstvy tak môžu prekonať napríklad syntaktické rozdiely v reprezentácii dát. Táto situácia môže nastať v LAN s počítačmi rôznych typov (IBM PC a Macintosh), ktoré si potrebujú vymieňať dáta. Takže v oblasti databáz by sa informácie mali prezentovať vo forme písmen a číslic a často vo forme grafického obrázka. Tieto údaje musíte spracovať napríklad ako čísla s pohyblivou rádovou čiarkou.

Spoločná reprezentácia dát je založená na systéme ASN.1, ktorý je spoločný pre všetky úrovne modelu. Tento systém slúži na popis štruktúry súborov a zároveň rieši problém šifrovania dát. Na tejto úrovni je možné vykonávať šifrovanie a dešifrovanie dát, vďaka čomu je okamžite zabezpečená tajnosť výmeny dát pre všetky aplikačné služby. Príkladom takéhoto protokolu je protokol SSL (Secure Socket Layer), ktorý poskytuje bezpečné zasielanie správ pre protokoly aplikačnej vrstvy zásobníka TCP/IP. Táto vrstva zabezpečuje transformáciu dát (kódovanie, kompresiu atď.) aplikačnej vrstvy na informačný tok pre transportnú vrstvu.

Reprezentatívna vrstva vykonáva tieto hlavné funkcie:

1. Generovanie požiadaviek na vytvorenie interakčných relácií medzi aplikačnými procesmi.

2. Koordinácia prezentácie údajov medzi aplikačnými procesmi.

3. Implementácia formulárov na prezentáciu údajov.

4. Prezentácia grafického materiálu (kresby, výkresy, schémy).

5. Klasifikácia údajov.

6. Odosielanie žiadostí o ukončenie relácií.

Protokoly prezentačnej vrstvy sú zvyčajne súčasťou protokolov troch najvyšších vrstiev modelu.

Vrstva relácie

Vrstva relácie je vrstva, ktorá definuje postup na vykonávanie relácií medzi používateľmi alebo aplikačnými procesmi.

Vrstva relácie poskytuje kontrolu konverzácie na sledovanie toho, ktorá strana je momentálne aktívna, a tiež poskytuje prostriedky na synchronizáciu. Tie vám umožňujú vkladať kontrolné body do dlhých presunov, takže v prípade zlyhania sa môžete vrátiť k poslednému kontrolnému bodu namiesto toho, aby ste začínali odznova. V praxi používa vrstvu relácie len málo aplikácií a málokedy sa implementuje.

Vrstva relácie riadi prenos informácií medzi aplikačnými procesmi, koordinuje príjem, prenos a vydávanie jednej komunikačnej relácie. Okrem toho vrstva relácie navyše obsahuje funkcie správy hesiel, kontroly konverzácie, synchronizácie a zrušenia komunikácie v prenosovej relácii po zlyhaní v dôsledku chýb v nižších vrstvách. Funkciou tejto vrstvy je koordinovať komunikáciu medzi dvoma aplikačnými programami bežiacimi na rôznych pracovných staniciach. Prichádza vo forme dobre štruktúrovaného dialógu. Tieto funkcie zahŕňajú vytváranie relácie, riadenie prenosu a prijímania paketov správ počas relácie a ukončenie relácie.

Na úrovni relácie sa určuje, aký bude prenos medzi dvoma aplikačnými procesmi:

polovičný duplex (procesy budú postupne odosielať a prijímať údaje);

Duplex (procesy budú odosielať a prijímať dáta v rovnakom čase).

V poloduplexnom režime vrstva relácie vydá dátový token procesu, ktorý iniciuje prenos. Keď príde čas na odpoveď druhého procesu, dátový token sa mu odovzdá. Vrstva relácie umožňuje prenos iba strane, ktorá vlastní dátový token.

Vrstva relácie poskytuje nasledujúce funkcie:

1. Vytvorenie a dokončenie spojenia medzi interagujúcimi systémami na úrovni relácie.

2. Vykonávanie bežnej a urgentnej výmeny údajov medzi aplikačnými procesmi.

3. Riadenie interakcie aplikovaných procesov.

4. Synchronizácia pripojení relácie.

5. Oznamovanie procesov podávania žiadostí o výnimočných situáciách.

6. Založenie štítkov v aplikovanom procese, umožňujúce po zlyhaní alebo chybe obnoviť jeho vykonávanie z najbližšieho štítku.

7. Prerušenie v nevyhnutných prípadoch procesu podávania žiadostí a jeho správne obnovenie.

8. Ukončenie relácie bez straty dát.

9. Prenos špeciálnych správ o priebehu relácie.

Vrstva relácií je zodpovedná za organizáciu relácií výmeny údajov medzi koncovými strojmi. Protokoly vrstvy relácie sú zvyčajne súčasťou protokolov troch najvyšších vrstiev modelu.

Transportná vrstva

Transportná vrstva je určená na prenos paketov cez komunikačnú sieť. Na transportnej vrstve sú pakety rozdelené do blokov.

Na ceste od odosielateľa k príjemcovi sa môžu pakety poškodiť alebo stratiť. Zatiaľ čo niektoré aplikácie majú svoje vlastné spracovanie chýb, existujú niektoré, ktoré uprednostňujú okamžité riešenie spoľahlivého pripojenia. Úlohou transportnej vrstvy je zabezpečiť, aby aplikácie alebo vyššie vrstvy modelu (aplikácia a relácia) prenášali dáta s takým stupňom spoľahlivosti, aký vyžadujú. Model OSI definuje päť tried služieb poskytovaných transportnou vrstvou. Tieto typy služieb sa líšia kvalitou poskytovaných služieb: naliehavosťou, schopnosťou obnoviť prerušenú komunikáciu, dostupnosťou zariadení multiplexovania pre viacnásobné spojenia medzi rôznymi aplikačnými protokolmi prostredníctvom spoločného transportného protokolu, a čo je najdôležitejšie, schopnosťou odhaliť a opraviť chyby prenosu, ako je skreslenie, strata a duplikácia paketov.

Transportná vrstva určuje adresovanie fyzických zariadení (systémov, ich častí) v sieti. Táto vrstva garantuje doručovanie blokov informácií príjemcom a riadi toto doručovanie. Jeho hlavnou úlohou je poskytovať efektívne, pohodlné a spoľahlivé formy prenosu informácií medzi systémami. Keď sa spracováva viac ako jeden paket, transportná vrstva riadi poradie, v ktorom pakety prechádzajú. Ak prejde duplikát predtým prijatej správy, táto vrstva to rozpozná a správu ignoruje.

Funkcie transportnej vrstvy zahŕňajú:

1. Kontrola sieťového prenosu a zabezpečenie integrity dátových blokov.

2. Zisťovanie chýb, ich čiastočné odstraňovanie a oznamovanie neopravených chýb.

3. Obnova prenosu po poruchách a poruchách.

4. Konsolidácia alebo rozdelenie dátových blokov.

5. Prideľovanie priorít pri presune blokov (normálnych alebo urgentných).

6. Potvrdenie prevodu.

7. Eliminácia blokov v zablokovaných situáciách v sieti.

Počnúc transportnou vrstvou sú všetky vyššie protokoly implementované softvérovo, zvyčajne zahrnuté v sieťovom operačnom systéme.

Medzi najbežnejšie protokoly transportnej vrstvy patria:

TCP (Transmission Control Protocol) Protokol riadenia prenosu zásobníka TCP/IP;

UDP (User Datagram Protocol) je užívateľský datagramový protokol zásobníka TCP/IP;

NCP (NetWare Core Protocol) základný protokol pre siete NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) Novell Stack Sequenced Packet Exchange;

TP4 (Transmission Protocol) - prenosový protokol 4. triedy.

Sieťová vrstva

Sieťová vrstva zabezpečuje položenie kanálov spájajúcich účastnícke a administratívne systémy prostredníctvom komunikačnej siete, pričom si vyberá cestu najrýchlejším a najspoľahlivejším spôsobom.

Sieťová vrstva nadväzuje komunikáciu v počítačovej sieti medzi dvoma systémami a zabezpečuje položenie virtuálnych kanálov medzi nimi. Virtuálny alebo logický kanál je také fungovanie sieťových komponentov, ktoré vytvára ilúziu kladenia potrebnej cesty medzi interagujúce komponenty. Okrem toho sieťová vrstva informuje transportnú vrstvu o chybách, ktoré sa vyskytnú. Správy sieťovej vrstvy sa bežne označujú ako pakety. Obsahujú časti údajov. Sieťová vrstva je zodpovedná za ich adresovanie a doručovanie.

Položenie najlepšej cesty na prenos údajov sa nazýva smerovanie a jeho riešenie je hlavnou úlohou sieťovej vrstvy. Tento problém je znásobený skutočnosťou, že najkratšia cesta nie je vždy najlepšia. Často je kritériom pre výber trasy čas prenosu dát po tejto trase; závisí od šírky pásma komunikačných kanálov a intenzity premávky, ktorá sa môže časom meniť. Niektoré smerovacie algoritmy sa snažia prispôsobiť zmenám zaťaženia, zatiaľ čo iné sa rozhodujú na základe dlhodobých priemerov. Výber trasy môže byť založený aj na iných kritériách, ako je spoľahlivosť prenosu.

Protokol spojovej vrstvy poskytuje doručovanie údajov medzi ľubovoľnými uzlami iba v sieti s vhodnou typickou topológiou. Toto je veľmi prísne obmedzenie, ktoré neumožňuje budovať siete s rozvinutou štruktúrou, napríklad siete, ktoré spájajú niekoľko podnikových sietí do jednej siete, alebo vysoko spoľahlivé siete, v ktorých sú redundantné prepojenia medzi uzlami.

V rámci siete je teda doručovanie dát regulované linkovou vrstvou, ale doručovanie dát medzi sieťami je riešené sieťovou vrstvou. Pri organizácii doručovania paketov na úrovni siete sa používa koncept sieťového čísla. V tomto prípade adresa príjemcu pozostáva z čísla siete a čísla počítača v tejto sieti.

Siete sú prepojené špeciálnymi zariadeniami nazývanými smerovače. Router je zariadenie, ktoré zhromažďuje informácie o topológii prepojení a na základe nich posiela pakety sieťovej vrstvy do cieľovej siete. Aby bolo možné preniesť správu od odosielateľa nachádzajúceho sa v jednej sieti k príjemcovi nachádzajúcemu sa v inej sieti, je potrebné vykonať určitý počet tranzitných prenosov (preskokov) medzi sieťami, pričom je potrebné vždy zvoliť vhodnú cestu. Trasa je teda postupnosť smerovačov, ktorými paket prechádza.

Sieťová vrstva je zodpovedná za rozdelenie používateľov do skupín a smerovanie paketov na základe prekladu MAC adries na sieťové adresy. Sieťová vrstva tiež zabezpečuje transparentný prenos paketov do transportnej vrstvy.

Sieťová vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vytváranie sieťových spojení a identifikácia ich portov.

2. Detekcia a oprava chýb, ktoré sa vyskytnú pri prenose cez komunikačnú sieť.

3. Riadenie toku paketov.

4. Organizácia (poradie) sekvencií balíkov.

5. Smerovanie a prepínanie.

6. Segmentácia a konsolidácia balíkov.

Sieťová vrstva definuje dva druhy protokolov. Prvý typ sa týka definície pravidiel pre prenos paketov s údajmi koncových uzlov z uzla do smerovača a medzi smerovačmi. Práve na tieto protokoly sa zvyčajne odkazuje, keď sa hovorí o protokoloch sieťovej vrstvy. Iný typ protokolu, nazývaný protokoly výmeny informácií o smerovaní, sa však často označuje ako sieťová vrstva. Smerovače používajú tieto protokoly na zhromažďovanie informácií o topológii prepojení.

Protokoly sieťovej vrstvy sú implementované softvérovými modulmi operačného systému, ako aj softvérom a hardvérom smerovačov.

Najbežnejšie používané protokoly na sieťovej vrstve sú:

IP (Internet Protocol) Internetový protokol, sieťový protokol zásobníka TCP/IP, ktorý poskytuje informácie o adrese a smerovaní;

IPX (Internetwork Packet Exchange) je internetový protokol na výmenu paketov určený na adresovanie a smerovanie paketov v sieťach Novell;

medzinárodný štandard X.25 pre globálnu komunikáciu s prepínaním paketov (tento protokol je čiastočne implementovaný na vrstve 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) je sieťový protokol bez organizovania pripojení.

Linková vrstva (Dátové prepojenie)

Informačnou jednotkou spojovej vrstvy sú rámce (frame). Rámce sú logicky usporiadanou štruktúrou, do ktorej možno umiestňovať údaje. Úlohou spojovej vrstvy je prenášať rámce zo sieťovej vrstvy na fyzickú vrstvu.

Na fyzickej vrstve sa bity jednoducho odosielajú. Neberie sa do úvahy, že v niektorých sieťach, v ktorých komunikačné linky striedavo využíva niekoľko párov interagujúcich počítačov, môže byť fyzické prenosové médium vyťažené. Preto je jednou z úloh spojovej vrstvy kontrola dostupnosti prenosového média. Ďalšou úlohou spojovej vrstvy je implementácia mechanizmov detekcie chýb a ich korekcie.

Linková vrstva zaisťuje, že každý rámec je prenášaný správne, umiestnením špeciálnej bitovej sekvencie na začiatok a koniec každého rámca na jeho označenie a tiež vypočítava kontrolný súčet tak, že sčítava všetky bajty rámca určitým spôsobom a pridáva kontrolný súčet do rám. Keď príde rámec, prijímač opäť vypočíta kontrolný súčet prijatých dát a porovná výsledok s kontrolným súčtom z rámca. Ak sa zhodujú, rámec sa považuje za platný a akceptovaný. Ak sa kontrolné súčty nezhodujú, vygeneruje sa chyba.

Úlohou spojovej vrstvy je preberať pakety prichádzajúce zo sieťovej vrstvy a pripraviť ich na prenos ich umiestnením do rámca vhodnej veľkosti. Táto vrstva je potrebná na určenie, kde sa blok začína a končí, a na zistenie chýb prenosu.

Na rovnakej úrovni sú definované pravidlá používania fyzickej vrstvy sieťovými uzlami. Elektrická reprezentácia údajov v sieti LAN (dátové bity, metódy kódovania údajov a značky) sa rozpoznáva len na tejto úrovni. Tu sa zistia a opravia chyby (požiadaním o opakovaný prenos údajov).

Linková vrstva zabezpečuje vytváranie, prenos a príjem dátových rámcov. Táto vrstva obsluhuje požiadavky sieťovej vrstvy a využíva službu fyzickej vrstvy na príjem a prenos paketov. Špecifikácie IEEE 802.X rozdeľujú linkovú vrstvu na dve podvrstvy:

Riadenie logického spojenia LLC (Logical Link Control) poskytuje riadenie logického spojenia. Podvrstva LLC poskytuje služby sieťovej vrstve a zaoberá sa prenosom a prijímaním užívateľských správ.

Riadenie prístupu k médiám MAC (Media Assess Control). Podvrstva MAC reguluje prístup k zdieľanému fyzickému médiu (prechod tokenu alebo detekcia kolízie alebo kolízie) a riadi prístup ku komunikačnému kanálu. Podvrstva LLC je nad podvrstvou MAC.

Vrstva dátového spojenia definuje prístup k médiu a riadenie prenosu prostredníctvom procedúry prenosu dát cez linku.

Pri veľkých veľkostiach prenášaných dátových blokov ich spojová vrstva rozdeľuje na rámce a prenáša rámce ako sekvencie.

Po prijatí rámcov z nich vrstva vytvorí prenášané dátové bloky. Veľkosť bloku údajov závisí od spôsobu prenosu, kvality kanála, cez ktorý sa prenáša.

V sieťach LAN používajú protokoly spojovej vrstvy počítače, mosty, prepínače a smerovače. V počítačoch sú funkcie spojovej vrstvy implementované spoločným úsilím sieťových adaptérov a ich ovládačov.

Linková vrstva môže vykonávať nasledujúce typy funkcií:

1. Organizácia (vytvorenie, správa, ukončenie) kanálových spojení a identifikácia ich portov.

2. Organizácia a presun personálu.

3. Detekcia a oprava chýb.

4. Riadenie toku dát.

5. Zabezpečenie transparentnosti logických kanálov (prenos dát cez ne akýmkoľvek spôsobom zakódovaný).

Medzi najčastejšie používané protokoly na linkovej vrstve patria:

HDLC (High Level Data Link Control) protokol riadenia vysokoúrovňového dátového spojenia pre sériové pripojenia;

IEEE 802.2 LLC (Typ I a Typ II) poskytuje MAC pre prostredia 802.x;

Technológia siete Ethernet podľa štandardu IEEE 802.3 pre siete využívajúce zbernicovú topológiu a viacnásobný prístup s počúvaním nosiča a detekciou kolízií;

Technológia siete token ring podľa štandardu IEEE 802.5, využívajúca kruhovú topológiu a kruhovú prístupovú metódu na odovzdávanie tokenov;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) sieťová technológia IEEE 802.6 využívajúca médiá z optických vlákien;

X.25 je medzinárodný štandard pre globálnu komunikáciu s prepínaním paketov;

Frame relay sieť organizovaná z technológií X25 a ISDN.

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva je navrhnutá na prepojenie s fyzickými prostriedkami pripojenia. Fyzická konektivita je kombinácia fyzických médií, hardvéru a softvéru, ktorá umožňuje signalizáciu medzi systémami.

Fyzické médium je hmotná látka, cez ktorú sa prenášajú signály. Fyzické médium je základom, na ktorom sú postavené fyzické prostriedky spojenia. Éter, kovy, optické sklo a kremeň sú široko používané ako fyzické médiá.

Fyzická vrstva pozostáva z podvrstvy mediálneho rozhrania a podvrstvy prenosovej transformácie.

Prvý z nich zabezpečuje spárovanie dátového toku s použitým fyzickým komunikačným kanálom. Druhý vykonáva transformácie súvisiace s použitými protokolmi. Fyzická vrstva poskytuje fyzické rozhranie pre dátový kanál a tiež popisuje procedúry prenosu signálov do a z kanála. Na tejto úrovni sú definované elektrické, mechanické, funkčné a procedurálne parametre pre fyzickú komunikáciu v systémoch. Fyzická vrstva prijíma dátové pakety z prekrývajúcej spojovej vrstvy a konvertuje ich na optické alebo elektrické signály zodpovedajúce 0 a 1 binárneho toku. Tieto signály sa posielajú cez prenosové médium do prijímacieho uzla. Mechanické a elektrické/optické vlastnosti prenosového média sú definované na fyzickej vrstve a zahŕňajú:

Typ káblov a konektorov;

Priradenie pinov v konektoroch;

Schéma kódovania signálu pre hodnoty 0 a 1.

Fyzická vrstva vykonáva nasledujúce funkcie:

1. Vytvorenie a rozpojenie fyzických spojení.

2. Prenos signálov v sériovom kóde a príjem.

3. V prípade potreby počúvanie kanálov.

4. Identifikácia kanálov.

5. Oznámenie o výskyte porúch a porúch.

Oznámenie o výskyte porúch a porúch je spôsobené skutočnosťou, že na fyzickej vrstve je zistená určitá trieda udalostí, ktoré narúšajú normálnu prevádzku siete (kolízia rámcov odoslaných niekoľkými systémami naraz, prerušenie kanála, výpadok napájania strata mechanického kontaktu atď.). Typy služieb poskytovaných vrstve dátového spojenia sú definované protokolmi fyzickej vrstvy. Počúvanie kanálu je potrebné v prípadoch, keď je k jednému kanálu pripojená skupina systémov, ale iba jeden z nich môže súčasne vysielať signály. Preto vám počúvanie kanála umožňuje určiť, či je voľný na prenos. V niektorých prípadoch je pre jasnejšiu definíciu štruktúry fyzická vrstva rozdelená na niekoľko podúrovní. Napríklad fyzická vrstva bezdrôtovej siete je rozdelená na tri podvrstvy (obrázok 1.14).

Ryža. 1.14. Fyzická vrstva bezdrôtovej siete LAN

Funkcie fyzickej vrstvy sú implementované vo všetkých zariadeniach pripojených k sieti. Na strane počítača sú funkcie fyzickej vrstvy vykonávané sieťovým adaptérom. Opakovače sú jediným typom zariadenia, ktoré funguje iba na fyzickej vrstve.

Fyzická vrstva môže poskytovať asynchrónny (sériový) aj synchrónny (paralelný) prenos, ktorý sa používa pre niektoré sálové počítače a minipočítače. Na fyzickej vrstve musí byť definovaná kódovacia schéma reprezentujúca binárne hodnoty na prenos cez komunikačný kanál. Mnoho miestnych sietí používa kódovanie Manchester.

Príkladom protokolu fyzickej vrstvy je špecifikácia technológie 10Base-T Ethernet, ktorá definuje netienenú krútenú dvojlinku kategórie 3 s charakteristickou impedanciou 100 ohmov, konektor RJ-45, maximálnu dĺžku fyzického segmentu 100 metrov, manchesterský kód pre reprezentáciu údajov a ďalšie charakteristiky, ako je použitý kábel, prostredie a elektrické signály.

Medzi najbežnejšie špecifikácie fyzickej vrstvy patria:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - Mechanické/elektrické nevyvážené sériové rozhranie;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - mechanické, elektrické a optické charakteristiky vyváženého sériového rozhrania;

Ethernet je sieťová technológia IEEE 802.3 pre siete využívajúce zbernicovú topológiu a viacnásobný prístup s detekciou nosnej siete a detekciou kolízií;

Token ring je sieťová technológia IEEE 802.5, ktorá využíva kruhovú topológiu a metódu prístupu token passing ring.