Katmanlar fiziksel ağ kanalı. OSI modeli nasıl çalışır?

OSI ağ modeli(açık sistemler ara bağlantı temel referans modeli - açık sistemlerin etkileşimi için temel referans modeli, kısalt. EMWOS; 1978) - OSI / ISO ağ protokolü yığınının ağ modeli (GOST R ISO / IEC 7498-1-99).

OSI modelinin genel özellikleri

OSI protokollerinin uzun süreli gelişimi nedeniyle, şu anda kullanımda olan ana protokol yığını, OSI modelinin benimsenmesinden önce geliştirilen ve onunla bağlantısı olmayan TCP/IP'dir.

70'lerin sonunda, dünyada, örneğin DECnet, TCP / IP ve SNA gibi popüler yığınlardan söz edilebilecek çok sayıda özel iletişim protokolü yığını zaten mevcuttu. Birlikte çalışan araçların bu kadar çeşitli olması, farklı protokoller kullanan cihazlar arasındaki uyumsuzluk sorununu gündeme getirdi. O zamanlar bu sorunu çözmenin yollarından biri, mevcut yığınların eksiklikleri dikkate alınarak oluşturulan tüm sistemler için tek, ortak bir protokol yığınına genel bir geçiş olarak görülüyordu. Yeni bir yığın oluşturmaya yönelik bu akademik yaklaşım, OSI modelinin geliştirilmesiyle başladı ve yedi yıl sürdü (1977'den 1984'e kadar). OSI modelinin amacı, ağ oluşturma araçlarının genelleştirilmiş bir temsilini sağlamaktır. Ağ uzmanları için bir tür evrensel dil olarak geliştirilmiştir, bu nedenle referans model olarak adlandırılır.OSI modelinde, etkileşim araçları ayrılır. yedi katman: uygulama, sunum, oturum, taşıma, ağ, veri bağlantısı ve fiziksel. Her katman, ağ cihazlarının nasıl etkileşime girdiğinin çok özel bir yönüyle ilgilenir.

Uygulamalar, bu amaçlar için çok seviyeli bir sistem araçları seti kullanarak kendi etkileşim protokollerini uygulayabilir. Bu amaçla programcılara bir uygulama programlama arayüzü (Application Program Interface, API) sağlanmaktadır. OSI modelinin ideal şemasına uygun olarak, bir uygulama yalnızca en yüksek katmana - uygulama katmanına istekte bulunabilir, ancak pratikte birçok iletişim protokolü yığını, programcıların hizmetlere veya katmanların altında bulunan hizmetlere doğrudan erişmesine izin verir. Örneğin, bazı DBMS'lerde dosyalara yerleşik uzaktan erişim vardır. Bu durumda, uygulama uzak kaynaklara erişirken sistem dosya hizmetini kullanmaz; OSI modelinin üst katmanlarını atlar ve OSI modelinin alt katmanlarında bulunan ağ üzerinden mesajların taşınmasından sorumlu sistem araçlarına doğrudan hitap eder. Öyleyse, bir ana bilgisayar uygulamasının bir B ana bilgisayarı uygulamasıyla etkileşim kurmak istediğini varsayalım.Bunu yapmak için, A uygulaması uygulama katmanına bir dosya hizmeti gibi bir istekte bulunur. Bu talebe bağlı olarak, uygulama katmanı yazılımı standart bir formatta bir mesaj üretir. Ancak bu bilgiyi hedefine ulaştırmak için hala çözülmesi gereken birçok görev vardır ve bunların sorumluluğu alt düzeylere aittir. Mesaj oluşturulduktan sonra, uygulama katmanı onu yığından aşağı sunum katmanına iter. Uygulama seviyesi mesaj başlığından alınan bilgilere dayalı sunum seviyesi protokolü, gerekli eylemleri gerçekleştirir ve mesaja kendi hizmet bilgilerini ekler - hedef makinenin sunum seviyesi protokolü için talimatları içeren sunum seviyesi başlığı. Ortaya çıkan mesaj, sırayla kendi başlığını vb. ekleyen oturum katmanına iletilir. sözde fragman şeklinde.) Son olarak, mesaj, aslında onu iletişim hatları aracılığıyla hedef makineye ileten daha düşük, fiziksel seviyeye ulaşır. Bu noktada, mesaj her düzeydeki başlıklarla "büyümüştür".

Fiziksel katman, mesajı 1 numaralı bilgisayarın fiziksel çıkış arayüzüne koyar ve ağ üzerinden "yolculuğuna" başlar (bu noktaya kadar, mesaj 1 bilgisayarı içinde bir katmandan diğerine aktarılıyordu). Bilgisayar 2'nin giriş arayüzünde ağ üzerinde bir mesaj geldiğinde, fiziksel katmanı tarafından alınır ve sırayla katmandan katmana doğru hareket eder. Her katman, kendi katmanının başlığını ayrıştırır ve işler, uygun işlevleri yerine getirir ve ardından bu başlığı kaldırır ve mesajı bir üst katmana iletir. Açıklamadan da görülebileceği gibi, aynı seviyedeki protokol varlıkları birbirleriyle doğrudan iletişim kurmazlar; aracılar her zaman bu iletişime katılır - daha düşük seviyelerdeki protokollerin araçları. Ve sadece çeşitli düğümlerin fiziksel seviyeleri doğrudan etkileşime girer.

OSI modelinin katmanları

Literatürde, OSI modelinin katmanlarını tanımlamaya, kullanıcı uygulamalarının ağa eriştiği uygulama katmanı adı verilen 7. katmandan başlamak en yaygın olanıdır. OSI modeli, veri aktarım ortamları için bağımsız üreticilerin gerektirdiği standartları tanımlayan 1. katman - fiziksel ile sona erer:

• iletim ortamının türü (bakır kablo, fiber optik, radyo vb.),
• sinyal modülasyon tipi,
• mantıksal ayrık durumların sinyal seviyeleri (sıfır ve bir).

OSI modelinin herhangi bir protokolü, katmanının protokolleriyle veya katmanının bir üstündeki ve / veya altındaki protokollerle etkileşime girmelidir. Kendi seviyelerinde protokollerle etkileşimler yatay olarak adlandırılır ve seviyeleri bir üst veya daha düşük olanlara dikey denir. OSI modelinin herhangi bir protokolü, yalnızca kendi katmanının işlevlerini yerine getirebilir ve alternatif modellerin protokollerinde gerçekleştirilmeyen başka bir katmanın işlevlerini gerçekleştiremez.

Her seviye, belirli bir gelenekselliğe sahip, kendi işlenenine sahiptir - model ve kullanılan protokoller çerçevesinde ayrı bir seviyede çalıştırılabilen, mantıksal olarak bölünmez bir veri öğesi: fiziksel seviyede, en küçük birim bir bittir. , veri bağlantısı düzeyinde bilgi çerçeveler halinde, ağ düzeyinde - paketler halinde ( datagramlar), taşıma sırasında - bölümler halinde birleştirilir. İletim için mantıksal olarak birleştirilen herhangi bir veri parçası - bir çerçeve, bir paket, bir datagram - bir mesaj olarak kabul edilir. Oturum, sunum ve uygulama seviyelerinin işlenenleri olan genel formdaki mesajlardır.

Altta yatan ağ teknolojileri, fiziksel ve bağlantı katmanlarını içerir.

Uygulama katmanı

Uygulama katmanı (uygulama katmanı; uygulama katmanı) - kullanıcı uygulamalarının ağ ile etkileşimini sağlayan modelin en üst seviyesi:

• uygulamaların ağ servislerini kullanmasına izin verir:
  • dosyalara ve veritabanlarına uzaktan erişim,
  • E-posta yönlendirme;
• hizmet bilgilerinin aktarımından sorumlu;
• uygulamalara hata bilgileri sağlar;
• sunum katmanına istekler üretir.

Uygulama katmanı protokolleri: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET ve diğerleri.

Sunum katmanı

Sunum katmanı (sunum katmanı), protokol dönüştürme ve veri kodlama/kod çözme sağlar. Uygulama katmanından gelen uygulama istekleri, sunum katmanında ağ üzerinden iletilmek üzere bir formata, ağdan alınan veriler ise uygulama formatına dönüştürülür. Bu seviyede sıkıştırma/açma veya şifreleme/şifre çözme gerçekleştirilebilir ve yerel olarak işlenemezlerse istekleri başka bir ağ kaynağına yönlendirme yapılabilir.

Sunum katmanı genellikle komşu katmanlardan gelen bilgileri dönüştürmek için bir ara protokoldür. Bu, farklı bilgisayar sistemlerindeki uygulamalar arasında, uygulamalar için şeffaf bir şekilde iletişime izin verir. Sunum katmanı, kodun biçimlendirilmesini ve dönüştürülmesini sağlar. Kod biçimlendirme, uygulamanın kendisi için anlamlı olan bilgileri işlemek üzere almasını sağlamak için kullanılır. Gerekirse, bu katman bir veri biçiminden diğerine çeviri yapabilir.

Sunum katmanı, yalnızca verilerin biçimleri ve sunumu ile ilgilenmez, aynı zamanda programlar tarafından kullanılan veri yapılarıyla da ilgilenir. Böylece, katman 6, aktarımı sırasında verilerin organizasyonunu sağlar.

Bunun nasıl çalıştığını anlamak için iki sistem olduğunu hayal edin. Biri veri temsili için IBM anabilgisayarı gibi EBCDIC Genişletilmiş İkili Bilgi Değişim Kodunu kullanır ve diğeri Amerikan Standardı ASCII Bilgi Değişim Kodunu (diğer birçok bilgisayar üreticisi tarafından kullanılır) kullanır. Bu iki sistemin bilgi alışverişi yapması gerekiyorsa, dönüşümü gerçekleştirmek ve iki farklı format arasında çeviri yapmak için bir sunum katmanı gerekir.

Sunum düzeyinde gerçekleştirilen diğer bir işlev, iletilen bilgilerin yetkisiz alıcılar tarafından erişime karşı korunmasının gerekli olduğu durumlarda kullanılan veri şifrelemedir. Bu görevi gerçekleştirmek için, görünüm düzeyindeki süreçlerin ve kodun veri dönüştürmeleri gerçekleştirmesi gerekir. Bu seviyede, metinleri sıkıştıran ve grafik görüntüleri ağ üzerinden iletilebilmeleri için bit akışlarına dönüştüren başka alt programlar vardır.

Sunum düzeyi standartları, grafiklerin nasıl sunulacağını da tanımlar. Bu amaçlar için, QuickDraw grafiklerini programlar arasında aktarmak için kullanılan bir görüntü formatı olan PICT formatı kullanılabilir.

Diğer bir temsil formatı, genellikle yüksek çözünürlüklü bitmap'ler için kullanılan etiketli TIFF resim dosyası formatıdır. Grafikler için kullanılabilecek bir sonraki sunum düzeyi standardı, Ortak Fotoğraf Uzman Grubu tarafından geliştirilen standarttır; günlük kullanımda bu standarda kısaca JPEG denir.

Ses ve filmlerin sunumunu tanımlayan başka bir sunum seviyesi standartları grubu daha vardır. Buna, Motion Picture Experts Group tarafından geliştirilen, müziğin dijital temsili için Müzik Enstrümanı Dijital Arayüzü (MIDI), videoları CD'de sıkıştırmak ve kodlamak, dijital olarak depolamak ve 1,5 Mbps'ye kadar hızlarda iletmek için kullanılan MPEG standardı dahildir. ve QuickTime, Macintosh ve PowerPC bilgisayarlarda çalışan programlar için ses ve video öğelerini tanımlayan bir standarttır.

Sunum katmanı protokolleri: AFP - Apple Dosyalama Protokolü, ICA - Bağımsız Bilgi İşlem Mimarisi, LPP - Hafif Sunum Protokolü, NCP - NetWare Çekirdek Protokolü, NDR - Ağ Veri Temsili, XDR - eXternal Veri Temsili, X.25 PAD - Paket Birleştirici/Ayırma Protokolü .

oturum katmanı

Modelin oturum katmanı, uygulamaların birbirleriyle uzun süre etkileşime girmesine izin veren bir iletişim oturumu sürdürür. Katman, uygulamanın etkin olmadığı dönemlerde oturum oluşturma/sonlandırma, bilgi alışverişi, görev senkronizasyonu, veri aktarma hakkının belirlenmesi ve oturum bakımını yönetir.

Oturum protokolleri: ADSP (AppleTalk Veri Akışı Protokolü), ASP (AppleTalk Oturum Protokolü), H.245 (Multimedya İletişimi için Çağrı Kontrol Protokolü), ISO-SP (OSI Oturum Katmanı Protokolü (X.225, ISO 8327)), iSNS ( İnternet Depolama Adı Hizmeti), L2F (Katman 2 Yönlendirme Protokolü), L2TP (Katman 2 Tünel Protokolü), NetBIOS (Ağ Temel Giriş Çıkış Sistemi), PAP (Parola Kimlik Doğrulama Protokolü), PPTP (Noktadan Noktaya Tünel Protokolü), RPC (Uzaktan Prosedür Çağrı Protokolü), RTCP (Gerçek Zamanlı Aktarım Kontrol Protokolü), SMPP (Kısa Mesaj Eşler Arası), SCP (Oturum Kontrol Protokolü), ZIP (Bölge Bilgi Protokolü), SDP (Sockets Direct Protoco]).

taşıma katmanı

Modelin taşıma katmanı (taşıma katmanı), göndericiden alıcıya güvenilir veri aktarımını sağlamak için tasarlanmıştır. Aynı zamanda, güvenilirlik düzeyi geniş bir aralıkta değişebilir. Yalnızca temel aktarım işlevleri sağlayan protokollerden (örneğin, onaysız veri aktarım işlevleri) birden çok veri paketinin hedefe doğru sırayla, çoğullama birden çok veri iletilmesini sağlayan protokollere kadar birçok taşıma katmanı protokolü sınıfı vardır. akışları, veri akışı kontrol mekanizması sağlar ve alınan verilerin geçerliliğini garanti eder. Örneğin, UDP, tek bir datagram içinde veri bütünlüğü kontrolü ile sınırlıdır ve tüm paketi kaybetme veya veri paketlerinin alınma sırasını ihlal ederek paketleri çoğaltma olasılığını dışlamaz; TCP, veri kaybı veya varış veya çoğaltma sırasının ihlali dışında güvenilir sürekli veri iletimi sağlar, büyük veri bölümlerini parçalara bölerek ve bunun tersi parçaları tek bir pakete yapıştırarak verileri yeniden dağıtabilir.

Taşıma katmanı protokolleri: ATP (AppleTalk Transaction Protocol), CUDP (Cyclic UDP), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), FCP (Fiber Channel|Fiber Channel Protocol), IL (IL Protocol), NBF (NetBIOS Frames protokolü), NCP ( NetWare Core Protocol), SCTP (Stream Control Transmission Protocol), SPX (Sequenced Packet Exchange), SST (Structured Stream Transport), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

ağ katmanı

Modelin ağ katmanı (lang-en|network katmanı), veri aktarım yolunu belirlemek için tasarlanmıştır. Mantıksal adresleri ve adları fiziksel olanlara çevirmekten, en kısa yolları belirlemekten, anahtarlama ve yönlendirmeden, ağdaki sorunları ve "tıkanıklığı" izlemekten sorumludur.

Ağ katmanı protokolleri, verileri bir kaynaktan bir hedefe yönlendirir. Bu seviyede çalışan cihazlar (yönlendiriciler) şartlı olarak üçüncü seviyedeki cihazlar olarak adlandırılır (OSI modelindeki seviye numarasına göre).

Ağ katmanı protokolleri: IP/IPv4/IPv6 (İnternet Protokolü), IPX (Ağlar Arası Paket Değişimi), X.25 (katman 2'de kısmen uygulanmaktadır), CLNP (bağlantısız ağ protokolü), IPsec (İnternet protokolü güvenliği). Yönlendirme protokolleri - RIP (Yönlendirme Bilgi Protokolü), OSPF (Önce En Kısa Yolu Aç).

Bağlantı katmanı

Bağlantı katmanı (veri bağlantı katmanı), fiziksel katmanda ağların etkileşimini sağlamak ve oluşabilecek hataları kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bitlerle temsil edilen fiziksel katmandan alınan verileri çerçeveler halinde paketler, bunların bütünlüğünü kontrol eder ve gerekirse hataları düzeltir (hasarlı bir çerçeve için tekrarlanan bir istek oluşturur) ve bunu ağ katmanına gönderir. Bağlantı katmanı, bir veya daha fazla fiziksel katmanla etkileşime girerek bu etkileşimi kontrol edebilir ve yönetebilir.

IEEE 802 spesifikasyonu bu seviyeyi iki alt seviyeye ayırır: MAC (Medya Erişim Kontrolü) paylaşılan bir fiziksel ortama erişimi düzenler, LLC (mantıksal bağlantı kontrolü) ağ seviyesinde hizmet sağlar.

Anahtarlar, köprüler ve diğer cihazlar bu seviyede çalışır. Bu cihazların Katman 2 adresleme kullandığı söylenir (OSI modelinde katman numarasına göre).

Bağlantı katmanı protokolleri: ARCnet, ATM (Eşzamansız Aktarım Modu), Denetleyici Alan Ağı (CAN), Econet, IEEE 802.3 (Ethernet), Ethernet Otomatik Koruma Anahtarlaması (EAPS), Fiber Dağıtılmış Veri Arabirimi (FDDI), Çerçeve Geçişi, Yüksek Düzey Veri Bağlantısı Kontrolü (HDLC), IEEE 802.2 (IEEE 802 MAC katmanlarına LLC işlevleri sağlar), Bağlantı Erişim Prosedürleri, D kanalı (LAPD), IEEE 802.11 kablosuz LAN, LocalTalk, Çok Protokollü Etiket Anahtarlama (MPLS), Noktadan Noktaya Protokol (PPP), Ethernet Üzerinden Noktadan Noktaya Protokol (PPPoE), StarLan, Token halkası, Tek Yönlü Bağlantı Algılama (UDLD), x.25]], ARP.

Programlamada bu seviye ağ kartı sürücüsünü temsil eder, işletim sistemlerinde kanal ve ağ seviyelerinin birbirleriyle etkileşimi için bir yazılım arayüzü vardır. Bu yeni bir seviye değil, yalnızca modelin belirli bir işletim sistemi için uygulanmasıdır. Bu tür arayüzlere örnekler: ODI, NDIS, UDI.

Fiziksel katman

Fiziksel katman (fiziksel katman) - ikili biçimde temsil edilen verileri bir cihazdan (bilgisayar) diğerine aktarma yöntemini tanımlayan modelin alt düzeyi. Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü, Elektronik Endüstrisi Birliği, Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli kuruluşlar bu tür yöntemlerin derlenmesinde yer almaktadır. Elektriksel veya optik sinyalleri bir kabloya veya radyo havasına iletirler ve buna göre bunları alırlar ve dijital sinyalleri kodlama yöntemlerine uygun olarak veri bitlerine dönüştürürler.

Hub'lar]], sinyal tekrarlayıcılar ve medya dönüştürücüler de bu seviyede çalışır.

Fiziksel katman işlevleri, ağa bağlı tüm cihazlarda uygulanır. Bilgisayar tarafında, fiziksel katman işlevleri bir ağ bağdaştırıcısı veya bir seri bağlantı noktası tarafından gerçekleştirilir. Fiziksel katman, iki sistem arasındaki fiziksel, elektriksel ve mekanik arayüzleri ifade eder. Fiziksel katman, fiber optik, bükümlü çift, koaksiyel kablo, uydu veri bağlantısı, vb. gibi veri aktarım ortamı türlerini tanımlar. Fiziksel katmanla ilgili standart ağ arabirim türleri şunlardır:)