Аннотация. В данной статье рассматриваются актуальные на сегодняшний день сетевые модели, используемые при построении локальных вычислительных сетей.
Сетевая модель представляет собой теоретическое описание принципов работы набора сетевых протоколов, взаимодействующих друг с другом. Модель обычно делится на уровни так, чтобы протоколы вышестоящего уровня использовали бы протоколы нижестоящего уровня (точнее, данные протокола вышестоящего уровня передавались бы с помощью нижележащих протоколов – этот процесс называют инкапсуляцией, процесс извлечения данных вышестоящего уровня из данных нижестоящего – деинкапсуляцией). Модели бывают как практические (использующиеся в сетях, иногда запутанные и/или не полные, но решающие поставленные задачи), так и теоретические (показывающие принципы реализации сетевых моделей, идущие в разрез с производительностью/возможностями).
В многоуровневых моделях четко расписаны функции каждого уровня и взаимосвязь с соседними уровнями. Сетевые протоколы разрабатываются в соответствии с сетевой моделью и принадлежат определенному ее уровню. Рассматривая определенный протокол, можно с уверенностью говорить, какие глобальные функции на него возложены, а какие он не может выполнять. Сетевое оборудование также можно отнести к определенному уровню модели, учитывая его функции. На основании этого можно утверждать о распространении коллизий (ошибок), широковещательных сообщений, возможности работы отдельных протоколов или общения двух хостов и так далее [1].
Сетевая модель помогает в поиске ошибок и неисправностей, так как по симптомам часто можно определить, к какому уровню относится проблема, после чего существенно сужается область поиска (протоколы, оборудование и так далее). Если же симптомы не наталкивают на решение, то можно систематически проходить по всей модели от нижних уровней к верхним, обращая внимание на функционирование сети. Сетевая модель создает некий стандарт, гарантирующий совместимость протоколов и оборудования разных производителей [2].
Наиболее распространенные сетевые модели следующие:
- Модель OSI, она же Модель ВОС, Взаимосвязь открытых систем. Эталонная модель, теоретическая модель, описанная в международных стандартах и ГОСТах.
- Модель DOD (Модель TCP/IP) – практически использующаяся модель, принятая для работы в Интернете.
Данные модели являются многоуровневыми. Это означает четкое разделение на отдельные уровни, каждому из которых соответствуют определенные функции, которые в пределах одной модели не повторяются. Модель OSI разбита на 7 уровней, модель TCP/IP разбита на 4 уровня. Далее эти сетевые модели будут рассмотрены подробно.
Сетевая модель OSI. OSI расшифровывается как Open System Interconnection (Сетевая модель взаимодействия открытых систем (эталонная модель)). Это стандартная модель. Данной сетевой модели придерживаются производители сетевых устройств, когда разрабатывают новые продукты. Сетевая модель состоит из семи уровней, отсчет уровней принято начинать с самого нижнего. Далее перечислены уровни модели OSI:
- Прикладной уровень (application layer);
- Представительский уровень или уровень представления (presentation layer);
- Сеансовый уровень (session layer);
- Транспортный уровень (transport layer);
- Сетевой уровень (network layer);
- Канальный уровень (data link layer);
- Физический уровень (physical layer);
Графическое представление модели OSI показано на рисунке 1.
Рисунок 1 – Модель OSI
На каждом уровне сетевой модели присутствуют свои протоколы. Рассмотрим их подробнее.
Прикладной уровень. Прикладной уровень – это уровень приложений, самый верхний уровень модели. Он осуществляет связь пользовательских приложений с сетью, таких, например, как программы для просмотра веб-страниц, почтовые клиенты и так далее.
Представительский уровень.
Это уровень представления данных. Он преобразует данные в соответствующий формат. Представительский уровень работает с протоколами (стандартами) изображений (JPEG, GIF, PNG, TIFF), кодировками (ASCII, EBDIC), музыкой, видео и так далее.
Сеансовый уровень. Иными словами это уровень сессий (сеансов), как видно из названия. Данный уровень организует сеанс связи между компьютерами. Хорошим примером могут служить видео и аудиоконференции. На этом уровне будет устанавливаться каким кодеком будет кодироваться сигнал, причем используемый кодек должен использоваться на обеих машинах, между которыми устанавливается связь. Хорошим примером может также послужить протокол SMPP (Short message peer to peer protoсol), с помощью которого отправляются СМС – сообщения и USSD запросы.
Транспортный уровень. Это уровень, который обеспечивает надежность передачи данных от отправителя к получателю. На данном уровне работают два протокола: UDP и TCP. UDP протокол (User Datagram Protocol) передает данные без установления соединения, не подтверждает доставку данных и не делает повторы. TCP протокол (Transmission Control Protocol) перед передачей устанавливает соединение, подтверждает доставку данных , при необходимости делает повтор, гарантирует целостность и правильную последовательность загружаемых данных.
Из этого следует, что для передачи музыки, видео, видеоконференций, звонков используется протокол UDP, то есть данные передаются без задержек и проверок. Для текстов, программ, паролей, архивов используется протокол TCP, то есть происходит подтверждение о передаче данных.
Сетевой уровень. Данный уровень определяет путь, по которому данные будет переданы. Это третий уровень модели OSI. Существуют устройства, которые называются устройствами третьего уровня. Это маршрутизаторы. На данном уровне работает достаточно много протоколов. Самый популярный протокол на данном уровне это протокол IP (Internet Protocol).
Канальный уровень. Данный уровень необходим для взаимодействия сетей на физическом уровне. Устройствами канального уровня являются коммутаторы, концентраторы и так далее. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers) определяет канальный уровень двумя подуровнями:
- LLC – Управление логическим каналом (Logical Link Control), создан для взаимодействия с верхним уровнем;
- MAC – Управление доступом к передающей среде (MediaAccess Control), создан для взаимодействия с нижним уровнем.
Физический уровень. Физически уровень – самый нижний уровень. На данном уровне непосредственно осуществляется передача потока данных [3].
Сетевая модель TCP/IP. Модель TCP/IP также принято называть моделью DOD (Department of Defense). От сетевой модели OSI модель TCP/IP отличается количеством уровней. Здесь их всего четыре. Рассмотрим уровни модели TCP/IP подробнее:
- Уровень приложений (Application);
- Транспортный уровень (Transport);
- Сетевой уровень (Internet);
- Уровень сетевого доступа (Network Access).
Далее будут подробнее рассмотрены обе сетевые модели: TCP/IP и OSI. На рисунке 2 показано сравнение моделей TCP/IP и OSI.
Протоколы, составляющие набор TCP/IP, можно описать в терминах справочной модели OSI. В модели OSI уровень сетевого доступа и уровень приложений модели TCP/IP разделяются еще на несколько уровней, чтобы описать отдельные функции, которые происходят на этих уровнях. На уровне сетевого доступа набор протоколов TCP/IP не указывает, какие протоколы использовать при передаче через физическое соединение; он только описывает переход от сетевого уровня к физическим сетевым протоколам. Уровни OSI 1 и 2 обсуждают необходимые процедуры для доступа к соединению и физические средства для отправки данных по сети [3].
Основные параллели между двумя сетевыми моделями проходят на уровнях 3 и 4 модели OSI. Уровень 3 модели OSI, сетевой уровень, едва ли не повсюду используется для обсуждения и документирования ряда процессов, которые происходят во всех сетях данных для адресации и маршрутизации сообщений по сети. Интернет протокол является протоколом набора TCP/IP, который включает функциональность, описанную на уровне 3.
Уровень 4, транспортный уровень модели OSI, часто используется для описания главных служб или функций, которые управляют отдельными диалогами между хостами источника и назначения. Эти функции включают подтверждение (уведомление о получении), восстановление после ошибок и упорядочение. На этом уровне необходимую функциональность обеспечивают протоколы TCP/IP и UDP. В модели TCP/IP четырех уровней вполне хватает, чтобы покрыть семь уровней модели OSI. Сетевая модель TCP/IP была разработана гораздо раньше модели OSI. Модель TCP/IP была сформирована на уже существующих протоколах, а OSI наоборот – сначала была создана модель, а затем протоколы для нее, в силу чего у каждой модели имеются свои плюсы и минусы. Модель OSI является более современной, поэтому в интернете обсуждают чаще ее, а используются протоколы TCP/IP [4].
Рисунок 2 – Сравнение моделей TCP/IP и OSI
Модель TCP/IP часто используется для описания стека протоколов. Например, стек протоколов TCP/IP. Под стеком протоколов можно понимать множество взаимодействующих протоколов, обеспечивающих функциональность сети. Сложно представить работу сети с одним лишь протоколом IP, в сети постоянно взаимодействуют разные протоколы, и каждый реализует свои задачи. Модель OSI используется для описания и выявления разного рода неполадок, для классификации сетевого оборудования или отдельного сетевого протокола.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Паркер Т., Сиян К. TCP/IP. – Серия: Для профессионалов. – 3-е изд. – СПб: Питер, 2004. – 859 с: 2 Борисенко А. А. Локальная сеть. Просто как дважды два. – М.: Изд-во Эксмо, 2007 – 160 с.
- Фейт С. TCP/IP. Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security). – М.: Лори,
- Анкудинов Г.И., Стрижаченко А.И. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Архитектура и сетевые технологии: учебное пособие. – СПб: Изд-во СЗТУ, – 180 с.