Pour une représentation unifiée des données dans les réseaux avec des appareils et des logiciels hétérogènes, l'organisation internationale des normes ISO (International Standardization Organization) a développé un modèle de communication de base pour les systèmes ouverts OSI (Open System Interconnection) . Ce modèle décrit les règles et les procédures de transfert de données dans divers environnements de réseau lors de l'organisation d'une session de communication. Les principaux éléments du modèle sont les couches, les processus d'application et les moyens physiques de connexion. Sur la fig. 1.10 montre la structure du modèle de base.

Chaque couche du modèle OSI effectue une tâche spécifique dans le processus de transmission des données sur le réseau. Le modèle de base est la base du développement des protocoles réseau. L'OSI divise les fonctions de communication d'un réseau en sept couches, chacune servant une partie différente du processus d'interopérabilité des systèmes ouverts.

Le modèle OSI ne décrit que les moyens d'interaction à l'échelle du système, pas les applications de l'utilisateur final. Les applications implémentent leurs propres protocoles de communication en appelant outils système.

Riz. 1.10. Modèle OSI

Si une application peut prendre en charge les fonctions de certaines des couches supérieures du modèle OSI, alors pour la communication, elle accède directement aux outils système qui exécutent les fonctions des couches inférieures restantes du modèle OSI.

Interaction des couches du modèle OSI

Le modèle OSI peut être divisé en deux modèles différents, comme le montre la Fig. 1.11 :

Un modèle horizontal basé sur des protocoles qui fournit un mécanisme pour l'interaction des programmes et des processus sur différentes machines ;

Un modèle vertical basé sur les services fournis par des couches voisines entre elles sur la même machine.

Chaque couche de l'ordinateur émetteur interagit avec la même couche de l'ordinateur récepteur comme si elle était directement connectée. Une telle connexion est appelée connexion logique ou virtuelle. En fait, l'interaction s'effectue entre des niveaux adjacents d'un ordinateur.

Ainsi, les informations sur l'ordinateur émetteur doivent passer par tous les niveaux. Ensuite, il est transmis sur le support physique à l'ordinateur récepteur et traverse à nouveau toutes les couches jusqu'à ce qu'il atteigne le même niveau à partir duquel il a été envoyé sur l'ordinateur émetteur.

Dans le modèle horizontal, deux programmes ont besoin d'un protocole commun pour échanger des données. Dans un modèle vertical, les couches adjacentes communiquent à l'aide d'interfaces de programmation d'application (API).

Riz. 1.11. Diagramme d'interaction informatique dans le modèle de référence OSI de base

Avant d'être introduites dans le réseau, les données sont divisées en paquets. Un paquet est une unité d'information transmise entre les stations d'un réseau.

Lors de l'envoi de données, le paquet passe séquentiellement à travers tous les niveaux Logiciel. A chaque niveau, les informations de contrôle de ce niveau (en-tête) sont ajoutées au paquet, ce qui est nécessaire pour une transmission de données réussie sur le réseau, comme illustré à la Fig. 1.12, où Zag est l'en-tête du paquet, End est la fin du paquet.

Côté réception, le paquet traverse toutes les couches ordre inverse. À chaque couche, le protocole de cette couche lit les informations du paquet, puis supprime les informations ajoutées au paquet à la même couche par l'expéditeur et transmet le paquet à la couche suivante. Lorsque le paquet atteint la couche application, toutes les informations de contrôle seront supprimées du paquet et les données reprendront leur forme d'origine.

Riz. 1.12. Formation d'un paquet de chaque niveau du modèle à sept niveaux

Chaque niveau du modèle a sa propre fonction. Plus le niveau est élevé, plus la tâche qu'il résout est difficile.

Il est pratique de considérer les couches individuelles du modèle OSI comme des groupes de programmes conçus pour exécuter des fonctions spécifiques. Une couche, par exemple, est responsable de la conversion des données ASCII en EBCDIC et contient les programmes nécessaires pour effectuer cette tâche.

Chaque couche fournit un service à une couche supérieure, demandant à son tour un service à la couche inférieure. Les couches supérieures demandent un service à peu près de la même manière : en règle générale, il est nécessaire d'acheminer certaines données d'un réseau à un autre. La mise en œuvre pratique des principes d'adressage des données est confiée aux niveaux inférieurs. Sur la fig. 1.13 donné brève description fonctions à tous les niveaux.

Riz. 1.13. Fonctions des couches du modèle OSI

Le modèle considéré détermine l'interaction des systèmes ouverts de différents fabricants dans le même réseau. A ce titre, il réalise pour eux des actions de coordination sur :

Interaction des processus appliqués ;

Formulaires de présentation de données ;

Stockage uniforme des données ;

Gestion des ressources réseau ;

Sécurité des données et protection des informations ;

Diagnostic des programmes et du matériel.

Couche d'application

La couche d'application fournit aux processus d'application un accès à la zone d'interaction, est le niveau supérieur (septième) et est directement adjacente aux processus d'application.

En fait, la couche application est un ensemble de divers protocoles par lesquels les utilisateurs du réseau accèdent à des ressources partagées telles que des fichiers, des imprimantes ou des pages Web hypertextes, et organisent également leur travail en commun, par exemple en utilisant le protocole E-mail. Des éléments de service d'application spéciaux fournissent des services pour des programmes d'application spécifiques tels que des programmes de transfert de fichiers et d'émulation de terminal. Si, par exemple, le programme doit envoyer des fichiers, le protocole de transfert de fichiers FTAM (File Transfer, Access, and Management) sera utilisé. Dans le modèle OSI, un programme d'application qui doit effectuer une tâche spécifique (par exemple, mettre à jour une base de données sur un ordinateur) envoie des données spécifiques sous la forme d'un Datagramme à la couche application. L'une des tâches principales de cette couche est de déterminer comment une demande d'application doit être traitée, en d'autres termes, quelle forme la demande doit prendre.

L'unité de données sur laquelle la couche application opère est généralement appelée un message.

La couche application remplit les fonctions suivantes :

1. Effectuer divers types de travaux.

Transfert de fichier;

Gestion des travaux ;

Gestion du système, etc. ;

2. Identification des utilisateurs par leurs mots de passe, adresses, signatures électroniques ;

3. Détermination des abonnés fonctionnels et possibilité d'accès à de nouveaux processus d'application ;

4. Déterminer la suffisance des ressources disponibles ;

5. Organisation des demandes de connexion avec d'autres processus applicatifs ;

6. Transfert des demandes au niveau représentatif pour les méthodes nécessaires à la description de l'information ;

7. Sélection des procédures pour le dialogue de processus prévu ;

8. Gestion des données échangées entre processus applicatifs et synchronisation des interactions entre processus applicatifs ;

9. Détermination de la qualité de service (délai de livraison des blocs de données, taux d'erreur acceptable) ;

10. Accord sur la correction des erreurs et la détermination de la fiabilité des données ;

11. Coordination des restrictions imposées à la syntaxe (jeux de caractères, structure des données).

Ces fonctions définissent les types de services que la couche application fournit aux processus d'application. De plus, la couche application transfère aux processus applicatifs le service fourni par les couches physique, liaison de données, réseau, transport, session et présentation.

Au niveau de l'application, il est nécessaire de fournir aux utilisateurs des informations déjà traitées. Cela peut être géré par le système et le logiciel utilisateur.

La couche application est responsable de l'accès des applications au réseau. Les tâches de ce niveau sont le transfert de fichiers, l'échange messages postaux et la gestion du réseau.

Les protocoles des trois couches supérieures les plus courants sont :

Protocole de transfert de fichiers FTP (File Transfer Protocol);

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) est le protocole de transfert de fichiers le plus simple ;

courrier électronique X.400 ;

Telnet fonctionne avec un terminal distant ;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) est un simple protocole d'échange de courrier ;

CMIP (Common Management Information Protocol) protocole commun de gestion des informations ;

SLIP (Serial Line IP) IP pour les lignes série. Protocole pour le transfert de données en série caractère par caractère ;

Protocole de gestion de réseau simple SNMP (Simple Network Management Protocol) ;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) est un protocole de transfert, d'accès et de gestion de fichiers.

Couche de présentation

Les fonctions de ce niveau sont la présentation des données transmises entre les processus applicatifs sous la forme souhaitée.

Cette couche garantit que les informations transmises par la couche application seront comprises par la couche application dans un autre système. Si nécessaire, la couche de présentation au moment du transfert d'informations effectue la conversion des formats de données dans un certain format de présentation commun, et au moment de la réception, respectivement, effectue la conversion inverse. Ainsi, les couches d'application peuvent surmonter, par exemple, les différences syntaxiques dans la représentation des données. Cette situation peut se produire dans un réseau local avec des ordinateurs de différents types (IBM PC et Macintosh) qui doivent échanger des données. Ainsi, dans le domaine des bases de données, les informations doivent être présentées sous forme de lettres et de chiffres, et souvent sous la forme d'une image graphique. Vous devez traiter ces données, par exemple, comme des nombres à virgule flottante.

La représentation commune des données est basée sur le système ASN.1, qui est commun à tous les niveaux du modèle. Ce système sert à décrire la structure des fichiers et résout également le problème du cryptage des données. A ce niveau, le chiffrement et le déchiffrement des données peuvent être effectués, grâce auxquels le secret des échanges de données est assuré immédiatement pour tous les services applicatifs. Un exemple d'un tel protocole est le protocole Secure Socket Layer (SSL), qui fournit une messagerie sécurisée pour les protocoles de la couche application de la pile TCP/IP. Cette couche assure la transformation des données (codage, compression, etc.) de la couche application en un flux d'informations pour la couche transport.

La couche représentative remplit les fonctions principales suivantes :

1. Génération de requêtes pour établir des sessions d'interaction entre processus applicatifs.

2. Coordination de la présentation des données entre les processus d'application.

3. Mise en place de formulaires de présentation des données.

4. Présentation du matériel graphique (dessins, schémas, schémas).

5. Classement des données.

6. Envoi de demandes pour mettre fin à des sessions.

Les protocoles de couche de présentation font généralement partie des protocoles des trois couches supérieures du modèle.

Couche session

La couche session est la couche qui définit la procédure de conduite des sessions entre utilisateurs ou processus applicatifs.

La couche de session fournit un contrôle de conversation pour garder une trace de quel côté est actuellement actif et fournit également un moyen de synchronisation. Ces derniers permettent d'insérer des points de contrôle dans de longs transferts afin qu'en cas d'échec, vous puissiez revenir au dernier point de contrôle, au lieu de tout recommencer. En pratique, peu d'applications utilisent la couche session, et celle-ci est rarement implémentée.

La couche session contrôle le transfert d'informations entre les processus d'application, coordonne la réception, la transmission et l'émission d'une session de communication. De plus, la couche session contient en plus les fonctions de gestion de mot de passe, de contrôle de conversation, de synchronisation et d'annulation de communication dans une session de transmission après un échec dû à des erreurs dans les couches inférieures. Les fonctions de cette couche sont de coordonner la communication entre deux programmes d'application s'exécutant sur des postes de travail différents. Il se présente sous la forme d'un dialogue bien structuré. Ces fonctions comprennent la création d'une session, la gestion de la transmission et de la réception de paquets de messages pendant une session et la fin d'une session.

Au niveau de la session, on détermine quel sera le transfert entre deux processus applicatifs :

Semi-duplex (les processus enverront et recevront des données à tour de rôle);

Duplex (les processus enverront des données et les recevront en même temps).

En mode semi-duplex, la couche session envoie un jeton de données au processus qui initie le transfert. Lorsque le moment est venu pour le deuxième processus de répondre, le jeton de données lui est transmis. La couche session permet la transmission uniquement à la partie qui possède le jeton de données.

La couche session fournit les fonctions suivantes :

1. Établissement et achèvement au niveau de la session d'une connexion entre des systèmes en interaction.

2. Effectuer un échange de données normal et urgent entre les processus d'application.

3. Gérer l'interaction des processus appliqués.

4. Synchronisation des connexions de session.

5. Notification des processus de candidature concernant des situations exceptionnelles.

6. Établissement d'étiquettes dans le processus appliqué, permettant, après un échec ou une erreur, de rétablir son exécution à partir de l'étiquette la plus proche.

7. Interruption dans les cas nécessaires du processus de candidature et sa reprise correcte.

8. Fin de la session sans perte de données.

9. Transmission de messages spéciaux sur le déroulement de la session.

La couche session est responsable de l'organisation des sessions d'échange de données entre les machines finales. Les protocoles de couche session sont généralement un composant des protocoles des trois couches supérieures du modèle.

Couche Transport

La couche de transport est conçue pour transmettre des paquets via réseau de communication. Au niveau de la couche transport, les paquets sont divisés en blocs.

Sur le chemin de l'expéditeur au destinataire, les paquets peuvent être corrompus ou perdus. Bien que certaines applications aient leur propre gestion des erreurs, certaines préfèrent gérer immédiatement une connexion fiable. Le rôle de la couche transport est de s'assurer que les applications ou les couches supérieures du modèle (application et session) transfèrent les données avec le degré de fiabilité dont elles ont besoin. Le modèle OSI définit cinq classes de service fournies par la couche transport. Ces types de services se différencient par la qualité des services rendus : urgence, capacité à rétablir les communications interrompues, disponibilité de moyens de multiplexage pour de multiples connexions entre différents protocoles applicatifs via un protocole de transport commun, et surtout, capacité à détecter et corriger erreurs de transmission telles que la distorsion, la perte et la duplication de paquets.

La couche de transport détermine l'adressage des dispositifs physiques (systèmes, leurs composants) dans le réseau. Cette couche garantit la livraison des blocs d'informations aux destinataires et gère cette livraison. Sa tâche principale est de fournir des formes efficaces, pratiques et fiables de transfert d'informations entre les systèmes. Lorsque plusieurs paquets sont en cours de traitement, la couche transport contrôle l'ordre dans lequel les paquets passent. Si un doublon d'un message précédemment reçu passe, cette couche le reconnaît et ignore le message.

Les fonctions de la couche transport comprennent :

1. Contrôle de la transmission du réseau et garantie de l'intégrité des blocs de données.

2. Détection des erreurs, leur élimination partielle et signalement des erreurs non corrigées.

3. Récupération de la transmission après pannes et dysfonctionnements.

4. Consolidation ou division de blocs de données.

5. Octroi de priorités lors du transfert de blocs (normal ou urgent).

6. Confirmation du transfert.

7. Élimination des blocages dans les situations de blocage du réseau.

À partir de la couche de transport, tous les protocoles supérieurs sont implémentés dans un logiciel, généralement inclus dans le système d'exploitation du réseau.

Les protocoles de couche de transport les plus courants incluent :

TCP (Transmission Control Protocol) Protocole de contrôle de transmission de la pile TCP/IP ;

UDP (User Datagram Protocol) est le protocole de datagramme utilisateur de la pile TCP/IP ;

Protocole de base NCP (NetWare Core Protocol) pour les réseaux NetWare ;

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

TP4 (Protocole de transmission) - protocole de transmission de classe 4.

Couche réseau

La couche réseau prévoit la pose de canaux reliant les systèmes d'abonnés et administratifs via un réseau de communication, en choisissant l'itinéraire le plus rapide et le plus fiable.

La couche réseau établit la communication dans un réseau informatique entre deux systèmes et assure la pose de canaux virtuels entre eux. Un canal virtuel ou logique est un tel fonctionnement des composants du réseau qui crée l'illusion de tracer le chemin nécessaire entre les composants en interaction. Outre, couche réseau informe la couche transport des erreurs qui se produisent. Les messages de la couche réseau sont communément appelés paquets. Ils contiennent des éléments de données. La couche réseau est responsable de leur adressage et de leur livraison.

La pose du meilleur chemin pour la transmission de données s'appelle le routage, et sa solution est la tâche principale de la couche réseau. Ce problème est aggravé par le fait que le chemin le plus court n'est pas toujours le meilleur. Souvent, le critère de choix d'un itinéraire est le temps de transfert des données le long de cet itinéraire ; cela dépend de la bande passante des canaux de communication et de l'intensité du trafic, qui peut changer avec le temps. Certains algorithmes de routage tentent de s'adapter aux changements de charge, tandis que d'autres prennent des décisions basées sur des moyennes à long terme. La sélection de l'itinéraire peut également être basée sur d'autres critères, tels que la fiabilité de la transmission.

Le protocole de couche liaison fournit la livraison de données entre tous les nœuds uniquement dans un réseau avec une topologie typique appropriée. Il s'agit d'une limitation très stricte qui ne permet pas de construire des réseaux avec une structure développée, par exemple, des réseaux qui combinent plusieurs réseaux d'entreprise en un seul réseau, ou des réseaux hautement fiables dans lesquels il existe des liens redondants entre les nœuds.

Ainsi, au sein du réseau, la livraison des données est régulée par la couche liaison, mais la livraison des données entre les réseaux est gérée par la couche réseau. Lors de l'organisation de la livraison des paquets au niveau du réseau, le concept de numéro de réseau est utilisé. Dans ce cas, l'adresse du destinataire se compose du numéro de réseau et du numéro de l'ordinateur sur ce réseau.

Les réseaux sont interconnectés dispositifs spéciaux appelés routeurs. Un routeur est un appareil qui collecte des informations sur la topologie entre les connexions de réseau et sur cette base transmet les paquets de la couche réseau au réseau de destination. Pour transférer un message d'un expéditeur situé dans un réseau vers un destinataire situé dans un autre réseau, il est nécessaire d'effectuer un certain nombre de transferts de transit (sauts) entre réseaux, en choisissant à chaque fois la route appropriée. Ainsi, une route est une séquence de routeurs qu'un paquet traverse.

La couche réseau est chargée de diviser les utilisateurs en groupes et de router les paquets en fonction de la traduction des adresses MAC en adresses réseau. La couche réseau assure également une transmission transparente des paquets vers la couche transport.

La couche réseau remplit les fonctions suivantes :

1. Création de connexions réseau et identification de leurs ports.

2. Détection et correction des erreurs qui se produisent lors de la transmission à travers un réseau de communication.

3. Contrôle du flux de paquets.

4. Organisation (commande) des séquences de colis.

5. Routage et commutation.

6. Segmentation et consolidation des forfaits.

La couche réseau définit deux types de protocoles. Le premier type fait référence à la définition de règles pour la transmission de paquets avec des données de nœuds finaux d'un nœud à un routeur et entre routeurs. Ce sont ces protocoles auxquels on fait généralement référence lorsqu'on parle de protocoles de couche réseau. Cependant, un autre type de protocole, appelé protocoles d'échange d'informations de routage, est souvent appelé couche réseau. Les routeurs utilisent ces protocoles pour collecter des informations sur la topologie des interconnexions.

Les protocoles de la couche réseau sont mis en œuvre par les modules logiciels du système d'exploitation, ainsi que par les logiciels et le matériel des routeurs.

Les protocoles les plus couramment utilisés au niveau de la couche réseau sont :

Protocole Internet IP (Internet Protocol), protocole réseau la pile TCP/IP, qui fournit des informations d'adresse et de routage ;

IPX (Internetwork Packet Exchange) est un protocole d'échange de paquets Internet conçu pour l'adressage et le routage des paquets dans les réseaux Novell ;

Norme internationale X.25 pour les communications mondiales à commutation de paquets (ce protocole est partiellement implémenté au niveau de la couche 2) ;

CLNP (Connection Less Network Protocol) est un protocole réseau sans organisation des connexions.

Couche de liaison (liaison de données)

L'unité d'information de la couche liaison sont les trames (frame). Les cadres sont une structure organisée de manière logique dans laquelle les données peuvent être placées. La tâche de la couche liaison est de transférer les trames de la couche réseau vers la couche physique.

Au niveau de la couche physique, les bits sont simplement envoyés. Ceci ne tient pas compte du fait que dans certains réseaux, dans lesquels les lignes de communication sont utilisées alternativement par plusieurs paires d'ordinateurs en interaction, le support physique de transmission peut être occupé. Par conséquent, l'une des tâches de la couche liaison est de vérifier la disponibilité du support de transmission. Une autre tâche de la couche liaison est de mettre en œuvre des mécanismes de détection et de correction d'erreurs.

La couche de liaison garantit que chaque trame est transmise correctement en plaçant une séquence spéciale de bits au début et à la fin de chaque trame pour la marquer, et calcule également une somme de contrôle en additionnant tous les octets de la trame d'une certaine manière et en ajoutant une somme de contrôle au cadre. Lorsqu'une trame arrive, le récepteur calcule à nouveau la somme de contrôle des données reçues et compare le résultat avec la somme de contrôle de la trame. S'ils correspondent, la trame est considérée comme valide et acceptée. Si les sommes de contrôle ne correspondent pas, une erreur est générée.

La tâche de la couche liaison est de prendre les paquets provenant de la couche réseau et de les préparer pour la transmission en les insérant dans une trame de taille appropriée. Cette couche est nécessaire pour déterminer où le bloc commence et se termine, et pour détecter les erreurs de transmission.

Au même niveau, les règles d'utilisation de la couche physique par les nœuds du réseau sont définies. La représentation électrique des données dans le LAN (bits de données, méthodes de codage des données et marqueurs) est reconnue à ce niveau et uniquement à ce niveau. Ici, les erreurs sont détectées et corrigées (en demandant la retransmission des données).

La couche liaison assure la création, la transmission et la réception des trames de données. Cette couche traite les requêtes de la couche réseau et utilise le service de la couche physique pour recevoir et transmettre des paquets. Les spécifications IEEE 802.X divisent la couche liaison en deux sous-couches :

LLC (contrôle de liaison logique) commande logique Connexions. La sous-couche LLC fournit des services à la couche réseau et s'occupe de la transmission et de la réception des messages des utilisateurs.

Contrôle d'accès aux médias MAC (Media Assess Control). La sous-couche MAC régule l'accès au support physique partagé (passage de jeton ou collision ou détection de collision) et contrôle l'accès au canal de communication. La sous-couche LLC est au-dessus de la sous-couche MAC.

La couche de liaison de données définit l'accès au support et le contrôle de transmission via une procédure de transfert de données sur une liaison.

Avec de grandes tailles de blocs de données transmis, la couche liaison les divise en trames et transmet les trames sous forme de séquences.

A la réception des trames, la couche forme des blocs de données transmis à partir de celles-ci. La taille d'un bloc de données dépend de la méthode de transmission, de la qualité du canal par lequel il est transmis.

Dans les réseaux locaux, les protocoles de couche liaison sont utilisés par les ordinateurs, les ponts, les commutateurs et les routeurs. Dans les ordinateurs, les fonctions de la couche de liaison sont mises en œuvre par les efforts conjoints des adaptateurs réseau et de leurs pilotes.

La couche de liaison peut exécuter les types de fonctions suivants :

1. Organisation (établissement, gestion, terminaison) des connexions de canaux et identification de leurs ports.

2. Organisation et transfert de personnel.

3. Détection et correction des erreurs.

4. Gestion des flux de données.

5. Assurer la transparence des canaux logiques (transfert de données encodées de quelque manière que ce soit sur ceux-ci).

Les protocoles les plus couramment utilisés au niveau de la couche liaison incluent :

HDLC (High Level Data Link Control) protocole de contrôle de liaison de données de haut niveau pour les connexions série ;

IEEE 802.2 LLC (Type I et Type II) fournit MAC pour les environnements 802.x ;

Technologie de réseau Ethernet selon la norme IEEE 802.3 pour les réseaux utilisant la topologie en bus et l'accès multiple avec écoute de porteuse et détection de collision ;

Technologie de réseau en anneau à jeton selon la norme IEEE 802.5, utilisant une topologie en anneau et une méthode d'accès en anneau à passage de jeton ;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) technologie de réseau IEEE 802.6 utilisant des supports à fibre optique ;

X.25 est une norme internationale pour les communications mondiales à commutation de paquets ;

Réseau de relais de trame organisé à partir des technologies X25 et ISDN.

Couche physique

La couche physique est conçue pour s'interfacer avec les moyens physiques de connexion. Le moyen physique de connexion est la combinaison de l'environnement physique, du matériel et outils logiciels, qui assure la transmission du signal entre les systèmes.

Le support physique est une substance matérielle à travers laquelle les signaux sont transmis. Le support physique est la base sur laquelle les moyens physiques de connexion sont construits. L'éther, les métaux, le verre optique et le quartz sont largement utilisés comme supports physiques.

La couche physique se compose d'une sous-couche d'interface média et d'une sous-couche de transformation de transmission.

Le premier d'entre eux assure l'appariement du flux de données avec le canal de communication physique utilisé. Le second effectue des transformations liées aux protocoles appliqués. La couche physique fournit l'interface physique avec le canal de données et décrit également les procédures de transmission des signaux vers et depuis le canal. A ce niveau, les paramètres électriques, mécaniques, fonctionnels et procéduraux pour connexion physique dans les systèmes. La couche physique reçoit des paquets de données de la couche liaison sus-jacente et les convertit en signaux optiques ou électriques correspondant à 0 et 1 du flux binaire. Ces signaux sont envoyés via le support de transmission au nœud de réception. Les propriétés mécaniques et électriques/optiques du support de transmission sont définies au niveau de la couche physique et comprennent :

Type de câbles et connecteurs ;

Affectation des broches dans les connecteurs ;

Schéma de codage du signal pour les valeurs 0 et 1.

La couche physique remplit les fonctions suivantes :

1. Établissement et déconnexion des connexions physiques.

2. Transmission de signaux en code série et réception.

3. Écoute, si nécessaire, des canaux.

4. Identification des canaux.

5. Notification de l'apparition de défauts et de pannes.

La notification de l'apparition de dysfonctionnements et de pannes est due au fait qu'une certaine classe d'événements est détectée au niveau de la couche physique qui interfère avec le fonctionnement normal du réseau (collision de trames envoyées par plusieurs systèmes à la fois, rupture de canal, panne de courant , perte de contact mécanique, etc.). Les types de service fournis à la couche liaison de données sont définis par les protocoles de la couche physique. L'écoute du canal est nécessaire dans les cas où un groupe de systèmes est connecté à un canal, mais un seul d'entre eux est autorisé à transmettre des signaux en même temps. Par conséquent, l'écoute du canal vous permet de déterminer s'il est libre de transmettre. Dans certains cas, pour une définition plus claire de la structure, la couche physique est divisée en plusieurs sous-niveaux. Par exemple, la couche physique d'un réseau sans fil est divisée en trois sous-couches (Figure 1.14).

Riz. 1.14. Couche physique LAN sans fil

Les fonctions de la couche physique sont implémentées dans tous les appareils connectés au réseau. Du côté de l'ordinateur, les fonctions de la couche physique sont exécutées Adaptateur de réseau. Les répéteurs sont le seul type d'équipement qui ne fonctionne qu'au niveau de la couche physique.

La couche physique peut fournir à la fois une transmission asynchrone (série) et synchrone (parallèle), qui est utilisée pour certains ordinateurs centraux et mini-ordinateurs. Au niveau de la couche physique, un schéma de codage doit être défini pour représenter les valeurs binaires à transmettre sur un canal de communication. De nombreux réseaux locaux utilisent le codage Manchester.

Un exemple de protocole de couche physique est la spécification de la technologie Ethernet 10Base-T, qui définit une paire torsadée non blindée de catégorie 3 avec une impédance caractéristique de 100 ohms, un connecteur RJ-45, une longueur maximale d'un segment physique de 100 mètres, un code Manchester pour la représentation des données, et d'autres caractéristiques comme le câble utilisé, l'environnement et les signaux électriques.

Les spécifications de couche physique les plus courantes incluent :

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - Interface série asymétrique mécanique/électrique ;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - caractéristiques mécaniques, électriques et optiques d'une interface série équilibrée ;

Ethernet est une technologie de réseau IEEE 802.3 pour les réseaux utilisant une topologie de bus et un accès multiple avec reniflage de porteuse et détection de collision ;

L'anneau à jeton est une technologie de réseau IEEE 802.5 qui utilise une topologie en anneau et une méthode d'accès en anneau à passage de jeton.

Le concept de "système ouvert"

Dans un sens large système ouvert tout système peut être nommé (ordinateur, réseau informatique, système d'exploitation, progiciel, autre matériel et produits logiciels) qui est construit selon des spécifications ouvertes.

Rappelons que le terme "spécification" (en informatique) s'entend comme une description formalisée des composants matériels ou logiciels, de leur fonctionnement, de leurs interactions avec d'autres composants, des conditions de fonctionnement, des limitations et des caractéristiques particulières. Il est clair que toutes les spécifications ne sont pas des normes. À leur tour, les spécifications ouvertes sont comprises comme des spécifications publiées et accessibles au public qui sont conformes aux normes et sont acceptées à la suite d'un accord après une discussion approfondie par toutes les parties intéressées.

L'utilisation de spécifications ouvertes dans le développement de systèmes permet à des tiers de développer diverses extensions et modifications matérielles ou logicielles pour ces systèmes, ainsi que de créer des systèmes logiciels et matériels à partir de produits de différents fabricants.

Pour les systèmes réels, l'ouverture complète est un idéal inaccessible. En règle générale, même dans les systèmes dits ouverts, seules certaines parties prenant en charge les interfaces externes répondent à cette définition. Par exemple, l'ouverture de la famille des systèmes d'exploitation Unix réside, entre autres, dans la présence d'une interface de programmation standardisée entre le noyau et les applications, ce qui facilite le portage des applications d'une version d'Unix à une autre. Un autre exemple d'ouverture partielle est l'utilisation par le système d'exploitation Novell NetWare relativement fermé de l'Open Driver Interface (ODI) pour inclure des pilotes de carte réseau tiers dans le système. Plus les spécifications utilisées dans le développement du système sont ouvertes, plus il est ouvert.

Le modèle OSI ne concerne qu'un aspect de l'ouverture, à savoir l'ouverture des moyens d'interaction entre les appareils connectés dans un réseau informatique. Ici, un système ouvert fait référence à un périphérique réseau prêt à interagir avec d'autres périphériques réseau à l'aide de règles standard qui déterminent le format, le contenu et la signification des messages reçus et envoyés.

Si deux réseaux sont construits dans le respect des principes d'ouverture, cela offre les avantages suivants :

la capacité de construire un réseau de matériel et de logiciels de différents fabricants qui adhèrent à la même norme ;

la possibilité de remplacer sans douleur les composants individuels du réseau par d'autres, plus avancés, ce qui permet au réseau de se développer à un coût minimal ;

la possibilité d'interfacer facilement un réseau avec un autre ;

facilité de développement et de maintenance du réseau.

Un exemple frappant de système ouvert est le réseau international Internet. Ce réseau a évolué en pleine conformité avec les exigences des systèmes ouverts. Des milliers d'utilisateurs spécialisés de ce réseau issus de diverses universités, organisations scientifiques et fabricants de matériel informatique et de logiciels opérant dans différents pays ont participé à l'élaboration de ses normes. Le nom même des normes qui définissent le fonctionnement d'Internet - Request For Comments (RFC), que l'on peut traduire par « demande de commentaires », - montre le caractère public et ouvert des normes adoptées. En conséquence, Internet a réussi à combiner le matériel et les logiciels les plus divers d'un grand nombre de réseaux dispersés dans le monde.

Modèle OSI

L'Organisation internationale de normalisation (ISO) a développé un modèle qui définit clairement les différents niveaux d'interaction du système, leur donne des noms standard et spécifie le travail que chaque niveau doit effectuer. Ce modèle est appelé modèle Open System Interconnection (OSI) ou modèle ISO/OSI.

Le modèle OSI divise la communication en sept niveaux ou couches (Figure 1.1). Chaque niveau traite d'un aspect spécifique de l'interaction. Ainsi, le problème d'interaction est décomposé en 7 problèmes particuliers, dont chacun peut être résolu indépendamment des autres. Chaque couche maintient des interfaces avec les couches supérieures et inférieures.

Riz. 1.1. Modèle d'interopérabilité des systèmes ouverts ISO/OSI

Le modèle OSI ne décrit que les moyens d'interaction à l'échelle du système, pas les applications de l'utilisateur final. Les applications implémentent leurs propres protocoles de communication en accédant aux fonctionnalités du système. Il convient de garder à l'esprit qu'une application peut reprendre les fonctions de certaines des couches supérieures du modèle OSI, auquel cas, si nécessaire, elle accède aux outils système qui remplissent les fonctions des couches inférieures restantes du modèle OSI lorsque l'interfonctionnement est nécessaire.

Une application d'utilisateur final peut utiliser les outils d'interaction système non seulement pour organiser un dialogue avec une autre application s'exécutant sur une autre machine, mais aussi simplement pour recevoir les services d'un service réseau particulier, par exemple l'accès à fichiers supprimés, recevoir du courrier ou imprimer sur une imprimante partagée.

Alors, laissez l'application faire une demande à la couche application, par exemple, à un service de fichiers. A partir de cette requête, le logiciel de la couche application génère un message au format standard, dans lequel il place des informations de service (en-tête) et, éventuellement, des données transmises. Ce message est ensuite envoyé à la couche représentative. La couche présentation ajoute son en-tête au message et transmet le résultat à la couche session, qui à son tour ajoute son en-tête, et ainsi de suite. Certaines implémentations des protocoles prévoient la présence dans le message non seulement de l'en-tête, mais également de la fin. Enfin, le message atteint la couche physique la plus basse, qui le transmet en fait sur les lignes de communication.

Lorsqu'un message arrive sur le réseau à une autre machine, il remonte séquentiellement d'une couche à l'autre. Chaque niveau analyse, traite et supprime l'en-tête de son niveau, exécute les fonctions correspondant à ce niveau et passe le message au niveau supérieur.

Outre le terme "message" (message), il existe d'autres noms utilisés par les spécialistes des réseaux pour désigner une unité d'échange de données. Les normes ISO utilisent le terme "Protocol Data Unit" (PDU) pour les protocoles à n'importe quel niveau. De plus, les noms trame (trame), paquet (paquet), datagramme (datagramme) sont souvent utilisés.

Fonctions de couche du modèle ISO/OSI

Couche physique . Cette couche traite de la transmission de bits sur des canaux physiques, tels que le câble coaxial, paire torsadée ou un câble à fibre optique. Ce niveau est lié aux caractéristiques des supports de transmission de données physiques, telles que la bande passante, l'immunité au bruit, l'impédance des ondes, etc. Au même niveau, les caractéristiques des signaux électriques sont déterminées, telles que les exigences pour les fronts des impulsions, les niveaux de tension ou de courant du signal transmis, le type de codage et la vitesse de transmission du signal. De plus, les types de connecteurs et le but de chaque broche sont normalisés ici.

Les fonctions de la couche physique sont implémentées dans tous les appareils connectés au réseau. Côté ordinateur, les fonctions de la couche physique sont assurées par une carte réseau ou un port série.

Un exemple de protocole de couche physique est la spécification de la technologie Ethernet 10Base-T, qui définit le câble utilisé comme une paire torsadée non blindée de catégorie 3 avec une impédance caractéristique de 100 ohms, un connecteur RJ-45, une longueur de segment physique maximale de 100 mètres, un code Manchester pour représenter les données sur un câble, et d'autres caractéristiques de l'environnement et des signaux électriques.

niveau canal. Au niveau de la couche physique, les bits sont simplement envoyés. Ceci ne tient pas compte du fait que dans certains réseaux où les lignes de communication sont utilisées (partagées) alternativement par plusieurs paires d'ordinateurs en interaction, le support de transmission physique peut être occupé. Par conséquent, l'une des tâches de la couche liaison est de vérifier la disponibilité du support de transmission. Une autre tâche de la couche liaison est de mettre en œuvre des mécanismes de détection et de correction d'erreurs. Pour ce faire, au niveau de la couche liaison de données, les bits sont regroupés en ensembles appelés trames. La couche de liaison garantit que chaque trame est transmise correctement en plaçant une séquence spéciale de bits au début et à la fin de chaque trame pour la marquer, et calcule également une somme de contrôle en additionnant tous les octets de la trame d'une certaine manière et en ajoutant une somme de contrôle au cadre. Lorsqu'une trame arrive, le récepteur calcule à nouveau la somme de contrôle des données reçues et compare le résultat avec la somme de contrôle de la trame. S'ils correspondent, la trame est considérée comme valide et acceptée. Si les sommes de contrôle ne correspondent pas, une erreur est générée.

Les protocoles de couche de liaison utilisés dans les réseaux locaux ont une certaine structure de connexions entre ordinateurs et des manières de les adresser. Bien que la couche liaison assure la livraison d'une trame entre deux nœuds quelconques du réseau local, elle ne le fait que dans un réseau avec une topologie de liaison complètement définie, exactement la topologie pour laquelle elle a été conçue. Les topologies courantes en bus, en anneau et en étoile prises en charge par les protocoles de couche de liaison LAN sont courantes. Des exemples de protocoles de couche liaison sont Protocoles Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Dans les réseaux locaux, les protocoles de couche liaison sont utilisés par les ordinateurs, les ponts, les commutateurs et les routeurs. Dans les ordinateurs, les fonctions de la couche de liaison sont mises en œuvre par les efforts conjoints des adaptateurs réseau et de leurs pilotes.

Dans les réseaux étendus, qui ont rarement une topologie régulière, la couche liaison de données permet l'échange de messages entre deux ordinateurs voisins reliés par une ligne de communication individuelle. Des exemples de protocoles point à point (comme ces protocoles sont souvent appelés) sont les protocoles PPP et LAP-B largement utilisés.

couche réseau. Ce niveau sert à former un système de transport unique qui combine plusieurs réseaux avec différents principes de transfert d'informations entre les nœuds d'extrémité. Considérez les fonctions de la couche réseau à l'aide d'un exemple réseaux locaux. Le protocole de couche liaison des réseaux locaux assure la livraison de données entre n'importe quel nœud uniquement dans un réseau avec un topologie typique. Il s'agit d'une limitation très stricte qui ne permet pas de construire des réseaux avec une structure développée, par exemple, des réseaux qui combinent plusieurs réseaux d'entreprise en un seul réseau, ou des réseaux hautement fiables dans lesquels il existe des liens redondants entre les nœuds. Afin, d'une part, de conserver la simplicité des procédures de transfert de données pour des topologies typiques, et d'autre part, de permettre l'utilisation de topologies arbitraires, une couche réseau supplémentaire est utilisée. A ce niveau, la notion de "réseau" est introduite. Dans ce cas, un réseau s'entend comme un ensemble d'ordinateurs interconnectés selon l'une des topologies types standard et utilisant l'un des protocoles de couche liaison définis pour cette topologie pour le transfert de données.

Ainsi, au sein du réseau, la livraison des données est régulée par la couche liaison, mais la livraison des données entre les réseaux est gérée par la couche réseau.

Les messages de la couche réseau sont appelés paquets. Lors de l'organisation de la livraison de paquets au niveau du réseau, le concept est utilisé "numéro de réseau". Dans ce cas, l'adresse du destinataire se compose du numéro de réseau et du numéro de l'ordinateur sur ce réseau.

Les réseaux sont interconnectés par des dispositifs spéciaux appelés routeurs. routeur est un appareil qui collecte des informations sur la topologie des interconnexions et, sur cette base, transmet les paquets de la couche réseau au réseau de destination. Pour transférer un message d'un expéditeur situé dans un réseau vers un destinataire situé dans un autre réseau, il est nécessaire d'effectuer un certain nombre de transmissions en transit (sauts) entre réseaux, en choisissant à chaque fois la route appropriée. Ainsi, une route est une séquence de routeurs par laquelle passe un paquet.

Le problème du choix du meilleur chemin s'appelle routage et sa solution est la tâche principale de la couche réseau. Ce problème est aggravé par le fait que le chemin le plus court n'est pas toujours le meilleur. Souvent, le critère de choix d'un itinéraire est le temps de transfert des données le long de cet itinéraire, cela dépend de la bande passante des canaux de communication et de l'intensité du trafic, qui peut changer dans le temps. Certains algorithmes de routage tentent de s'adapter aux changements de charge, tandis que d'autres prennent des décisions basées sur des moyennes à long terme. La sélection de l'itinéraire peut également être basée sur d'autres critères, tels que la fiabilité de la transmission.

La couche réseau définit deux types de protocoles. Le premier type fait référence à la définition de règles pour la transmission de paquets avec des données de nœuds finaux d'un nœud à un routeur et entre routeurs. Ce sont ces protocoles auxquels on fait généralement référence lorsqu'on parle de protocoles de couche réseau. La couche réseau comprend également un autre type de protocole appelé protocoles d'échange d'informations de routage. Les routeurs utilisent ces protocoles pour collecter des informations sur la topologie des interconnexions. Les protocoles de la couche réseau sont mis en œuvre par les modules logiciels du système d'exploitation, ainsi que par les logiciels et le matériel des routeurs.

Des exemples de protocoles de couche réseau sont le protocole IP Internetworking de la pile TCP/IP et le protocole IPX Packet Internetworking de la pile Novell.

couche transporteuse. Sur le chemin de l'expéditeur au destinataire, les paquets peuvent être corrompus ou perdus. Bien que certaines applications aient leur propre gestion des erreurs, certaines préfèrent gérer immédiatement une connexion fiable. Le rôle de la couche de transport est de s'assurer que les applications ou les couches supérieures de la pile (application et session) transmettent les données avec le degré de fiabilité dont elles ont besoin. Le modèle OSI définit cinq classes de service fournies par la couche transport. Ces types de services se différencient par la qualité des services rendus : urgence, capacité à rétablir les communications interrompues, disponibilité de moyens de multiplexage pour de multiples connexions entre différents protocoles applicatifs via un protocole de transport commun, et surtout, capacité à détecter et corriger les erreurs de transmission, telles que la distorsion, la perte et la duplication de paquets.

Le choix de la classe de service de la couche transport est déterminé, d'une part, par la mesure dans laquelle la tâche d'assurer la fiabilité est résolue par les applications elles-mêmes et les protocoles supérieurs aux couches transport, et d'autre part, cette le choix dépend de la fiabilité de l'ensemble du système de transport de données. Ainsi, par exemple, si la qualité des canaux de communication est très élevée et que la probabilité d'occurrence d'erreurs non détectées par les protocoles de couche inférieure est faible, il est alors raisonnable d'utiliser l'un des services légers de la couche de transport qui ne sont pas encombrés de nombreux vérifications, poignées de main et autres méthodes d'amélioration de la fiabilité. Si les véhicules sont initialement très peu fiables, il est conseillé de se tourner vers le service de couche de transport le plus développé qui fonctionne en utilisant le maximum de moyens pour détecter et éliminer les erreurs - en utilisant l'établissement préalable d'une connexion logique, le contrôle de la livraison des messages en utilisant sommes de contrôle et la numérotation circulaire des paquets, la définition des délais de livraison, etc.

En règle générale, tous les protocoles, à partir de la couche de transport et au-dessus, sont mis en œuvre par le logiciel des nœuds finaux du réseau - composants de leurs systèmes d'exploitation réseau. Des exemples de protocoles de transport incluent les protocoles TCP et UDP de la pile TCP/IP et le protocole SPX de la pile Novell.

niveau des séances. La couche de session fournit un contrôle de conversation pour garder une trace de quel côté est actuellement actif et fournit également un moyen de synchronisation. Ces derniers permettent d'insérer des points de contrôle dans de longs transferts afin qu'en cas d'échec vous puissiez revenir au dernier point de contrôle, au lieu de tout recommencer. En pratique, peu d'applications utilisent la couche session, et celle-ci est rarement implémentée.

Couche de présentation. Cette couche garantit que les informations transmises par la couche application seront comprises par la couche application dans un autre système. Si nécessaire, la couche de présentation effectue la transformation des formats de données en un format de présentation commun et, à la réception, effectue en conséquence la transformation inverse. Ainsi, les couches d'application peuvent surmonter, par exemple, les différences syntaxiques dans la représentation des données. A ce niveau, le chiffrement et le déchiffrement des données peuvent être effectués, grâce auxquels le secret des échanges de données est assuré immédiatement pour tous les services applicatifs. Un exemple de protocole qui fonctionne au niveau de la couche présentation est le protocole SSL (Secure Socket Layer), qui fournit une messagerie sécurisée pour les protocoles de la couche application de la pile TCP/IP.

Niveau applicatif. La couche d'application n'est en réalité qu'un ensemble de divers protocoles par lesquels les utilisateurs du réseau accèdent à des ressources partagées telles que des fichiers, des imprimantes ou des pages Web hypertexte, et organisent leur collaboration, par exemple à l'aide du protocole de messagerie. L'unité de données sur laquelle la couche d'application opère est généralement appelée message.

Il existe une très grande variété de protocoles de couche application. Voici quelques exemples des implémentations les plus courantes des services de fichiers : NCP dans le système d'exploitation Novell NetWare, SMB dans Microsoft Windows NT, NFS, FTP et TFTP, qui font partie de la pile TCP/IP.

Le modèle OSI, bien que très important, n'est qu'un des nombreux modèles de communication. Ces modèles et leurs piles de protocoles associées peuvent différer par le nombre de couches, leurs fonctions, les formats de message, les services fournis aux couches supérieures et d'autres paramètres.

Le modèle se compose de 7 niveaux situés les uns au-dessus des autres. Les couches interagissent entre elles (verticalement) via des interfaces et peuvent interagir avec une couche parallèle d'un autre système (horizontalement) via des protocoles. Chaque niveau ne peut interagir qu'avec ses voisins et exécuter les fonctions qui lui sont assignées. Plus de détails peuvent être vus dans la figure.

Niveau Application (Application) (eng. couche d'application)

Le niveau supérieur (7e) du modèle permet l'interaction entre le réseau et l'utilisateur. La couche permet aux applications utilisateur d'accéder aux services réseau tels que le gestionnaire de requêtes de base de données, l'accès aux fichiers et le transfert d'e-mails. Il est également responsable du transfert des informations de service, fournit aux applications des informations sur les erreurs et génère des demandes pour couche de présentation. Exemple : POP3, FTP.

Exécutif (Couche Présentation) couche de présentation)

Cette couche est responsable de la conversion des protocoles et de l'encodage/décodage des données. Il convertit les demandes d'application reçues de la couche application en un format de transmission sur le réseau et convertit les données reçues du réseau en un format compréhensible par les applications. A ce niveau, la compression/décompression ou l'encodage/décodage des données peut être effectuée, ainsi que la redirection des requêtes vers une autre ressource du réseau si elles ne peuvent pas être traitées localement.

La couche 6 (représentations) du modèle de référence OSI est généralement un protocole intermédiaire de conversion des informations des couches voisines. Cela permet l'échange entre des applications sur des systèmes informatiques transparent pour les applications. La couche de présentation assure le formatage et la transformation du code. Le formatage du code est utilisé pour s'assurer qu'une application reçoit des informations pour le traitement qui ont du sens pour elle. Si nécessaire, cette couche peut traduire d'un format de données à un autre. La couche de présentation traite non seulement des formats et de la présentation des données, mais également des structures de données utilisées par les programmes. Ainsi, la couche 6 assure l'organisation des données lors de leur transfert.

Pour comprendre comment cela fonctionne, imaginez qu'il existe deux systèmes. On utilise un format étendu pour représenter les données. code binaireÉchange d'informations ASCII (utilisé par la plupart des autres fabricants d'ordinateurs). Si ces deux systèmes ont besoin d'échanger des informations, alors une couche de présentation est nécessaire pour effectuer la transformation et la traduction entre les deux formats différents.

Une autre fonction exécutée au niveau de la présentation est le cryptage des données, qui est utilisé dans les cas où il est nécessaire de protéger les informations transmises contre la réception par des destinataires non autorisés. Pour accomplir cette tâche, les processus et le code au niveau de la vue doivent effectuer des transformations de données. À ce niveau, il existe d'autres sous-programmes qui compressent les textes et convertissent les images graphiques en flux binaires afin qu'ils puissent être transmis sur le réseau.

Les normes de présentation définissent également la façon dont les graphiques sont présentés. À cette fin, le format PICT, un format d'image utilisé pour transférer des graphiques QuickDraw entre des programmes pour ordinateurs Macintosh et PowerPC, peut être utilisé. Un autre format de représentation est le format de fichier d'image JPEG balisé.

Il existe un autre groupe de normes de niveau de présentation qui définissent la présentation du son et des films. Ceux-ci incluent l'interface d'instrument de musique électronique MPEG utilisée pour compresser et encoder des vidéos sur CD-ROM, les stocker numériquement et les transmettre à des vitesses allant jusqu'à 1,5 Mbps, et couche de session)

La 5ème couche du modèle est responsable du maintien de la session de communication, permettant aux applications d'interagir entre elles pendant longtemps. La couche gère la création/fermeture de session, l'échange d'informations, la synchronisation des tâches, la détermination du droit de transférer des données et la maintenance de session pendant les périodes d'inactivité de l'application. La synchronisation de la transmission est assurée en plaçant dans le flux de données points de contrôle, à partir duquel le processus reprend si l'interaction est violée.

La couche transport couche de transport)

Le 4ème niveau du modèle est conçu pour fournir des données sans erreurs, pertes et duplication dans l'ordre dans lequel elles ont été transmises. Dans le même temps, peu importe quelles données sont transférées, d'où et où, c'est-à-dire qu'elles fournissent le mécanisme de transmission lui-même. Il divise les blocs de données en fragments, dont la taille dépend du protocole, combine les courts en un seul et divise les longs. Les protocoles de cette couche sont conçus pour une interaction point à point. Exemple : UDP.

Il existe de nombreuses classes de protocoles de couche transport, allant des protocoles qui ne fournissent que des fonctions de transport(par exemple, fonctions de transmission de données sans accusé de réception) à des protocoles qui garantissent que plusieurs paquets de données arrivent à leur destination dans le bon ordre, multiplexent plusieurs flux de données, fournissent un mécanisme de contrôle des flux de données et garantissent la validité des données reçues.

Certains protocoles de couche réseau, appelés protocoles sans connexion, ne garantissent pas que les données sont livrées à leur destination dans l'ordre dans lequel elles ont été envoyées par le périphérique source. Certaines couches de transport gèrent cela en collectant les données dans le bon ordre avant de les transmettre à la couche de session. Le multiplexage (multiplexage) des données signifie que la couche transport est capable de traiter simultanément plusieurs flux de données (les flux peuvent également provenir de applications diverses) entre les deux systèmes. Un mécanisme de contrôle de flux est un mécanisme qui vous permet de réguler la quantité de données transférées d'un système à un autre. Les protocoles de la couche transport ont souvent la fonction de contrôle de la livraison des données, forçant le système récepteur à envoyer des accusés de réception au côté émetteur indiquant que les données ont été reçues.

La couche réseau couche réseau)

La 3e couche du modèle de réseau OSI est conçue pour déterminer le chemin de transfert des données. Responsable de la traduction des adresses logiques et des noms en adresses physiques, de la détermination des routes les plus courtes, de la commutation et du routage, de la surveillance des problèmes de réseau et de la congestion. Un périphérique réseau tel qu'un routeur fonctionne à ce niveau.

Les protocoles de couche réseau acheminent les données de la source à la destination et peuvent être divisés en deux classes : les protocoles sans connexion et sans connexion.

Vous pouvez décrire le fonctionnement des protocoles avec l'établissement d'une connexion en utilisant l'exemple d'un téléphone classique. Les protocoles de cette classe commencent la transmission de données en appelant ou en définissant l'itinéraire des paquets de la source à la destination. Après cela, le transfert de données en série est lancé puis, à la fin du transfert, la connexion est déconnectée.

Les protocoles sans connexion qui envoient des données contenant des informations d'adresse complètes dans chaque paquet fonctionnent de manière similaire. système postal. Chaque lettre ou colis contient l'adresse de l'expéditeur et du destinataire. Ensuite, chaque bureau de poste ou périphérique réseau intermédiaire lit les informations d'adresse et prend une décision concernant le routage des données. Une lettre ou un paquet de données est transmis d'un dispositif intermédiaire à un autre jusqu'à ce qu'il soit remis au destinataire. Les protocoles sans connexion ne garantissent pas que les informations arriveront au destinataire dans l'ordre dans lequel elles ont été envoyées. Les protocoles de transport sont responsables de la configuration des données dans l'ordre approprié lors de l'utilisation de protocoles de réseau sans connexion.

Couche de lien couche de liaison de données)

Cette couche est conçue pour assurer l'interaction des réseaux au niveau de la couche physique et contrôler les erreurs qui peuvent survenir. Il regroupe les données reçues de la couche physique dans des trames, vérifie l'intégrité, corrige les erreurs si nécessaire (envoie une requête répétée pour une trame endommagée) et les envoie à la couche réseau. La couche liaison peut interagir avec une ou plusieurs couches physiques, contrôlant et gérant cette interaction. La spécification IEEE 802 divise ce niveau en 2 sous-niveaux - MAC (Media Access Control) régule l'accès au support physique partagé, LLC (Logical Link Control) fournit un service au niveau du réseau.

En programmation, ce niveau représente le pilote de la carte réseau ; dans les systèmes d'exploitation, il existe une interface logicielle pour l'interaction des niveaux canal et réseau entre eux, ce n'est pas nouveau niveau, mais juste une implémentation spécifique au système d'exploitation du modèle. Exemples de telles interfaces : ODI,

La couche physique couche physique)

Le niveau le plus bas du modèle est destiné directement au transfert de flux de données. Effectue la transmission de signaux électriques ou optiques vers un câble ou un air radio et, en conséquence, leur réception et leur conversion en bits de données conformément aux méthodes de codage des signaux numériques. En d'autres termes, il fournit une interface entre un opérateur réseau et un périphérique réseau.

Sources

• Alexander Filimonov Immeuble multiservices Réseaux Ethernet, bhv, 2007 ISBN 978-5-9775-0007-4
• Guide technologique de mise en réseau unifiée // systèmes Cisco, 4e édition, Williams 2005 ISBN 584590787X

Fondation Wikimédia. 2010 .

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Caractéristiques générales du modèle OSI

En raison du développement prolongé des protocoles OSI, la principale pile de protocoles actuellement utilisée est TCP/IP, développée avant l'adoption du modèle OSI et déconnectée de celui-ci.

A la fin des années 1970, le monde avait déjà un grand nombre de piles de protocoles de communication propriétaires, telles que les piles populaires telles que DECnet, TCP/IP et SNA. Une telle variété d'outils d'interfonctionnement a mis en évidence le problème de l'incompatibilité entre les appareils utilisant des protocoles différents. L'une des façons de résoudre ce problème à l'époque était considérée comme une transition générale vers une seule pile de protocoles commune à tous les systèmes, créée en tenant compte des lacunes des piles existantes. Cette approche académique de la création d'une nouvelle pile a commencé avec le développement du modèle OSI et a duré sept ans (de 1977 à 1984). Le but du modèle OSI est de fournir une représentation généralisée des moyens de mise en réseau. Il a été développé comme une sorte de langage universel pour les spécialistes des réseaux, c'est pourquoi on l'appelle le modèle de référence Dans le modèle OSI, les moyens d'interaction sont divisés en sept couches : application, présentation, session, transport, réseau, liaison de données et physique. Chaque couche traite d'un aspect très spécifique de la façon dont les périphériques réseau interagissent.

Les applications peuvent implémenter leurs propres protocoles d'interaction à l'aide d'un ensemble d'outils système à plusieurs niveaux à ces fins. A cet effet, une interface de programmation d'application (Application Program Interface, API) est fournie aux programmeurs. Conformément au schéma idéal du modèle OSI, une application ne peut adresser des requêtes qu'à la couche la plus élevée - la couche application. Cependant, dans la pratique, de nombreuses piles de protocoles de communication permettent aux programmeurs d'accéder directement aux services ou aux services situés sous les couches. Par exemple, certains SGBD ont des outils intégrés accès à distance aux fichiers. Dans ce cas, l'application, lors de l'accès aux ressources distantes, n'utilise pas le service de fichiers système ; il contourne les couches supérieures du modèle OSI et s'adresse directement aux outils système responsables du transport des messages sur le réseau, qui sont situés aux couches inférieures du modèle OSI. Supposons donc qu'une application hôte A souhaite interagir avec une application hôte B. Pour ce faire, l'application A adresse une requête à la couche application, telle qu'un service de fichiers. Sur la base de cette requête, le logiciel de la couche application génère un message dans un format standard. Mais pour livrer ces informations à leur destination, il reste encore de nombreuses tâches à résoudre, dont la responsabilité incombe aux niveaux inférieurs. Une fois le message généré, la couche d'application le pousse vers le bas de la pile jusqu'à la couche de présentation. Le protocole de niveau présentation, basé sur les informations reçues de l'en-tête de message de niveau application, exécute les actions requises et ajoute ses propres informations de service au message - l'en-tête de niveau présentation, qui contient des instructions pour le protocole de niveau présentation de la machine de destination. Le message résultant est transmis à la couche session, qui, à son tour, ajoute son en-tête, etc. (Certaines implémentations de protocole placent les informations de service non seulement au début du message sous la forme d'un en-tête, mais aussi à la fin dans la forme d'une soi-disant remorque.) Enfin, le message atteint le niveau inférieur, physique, qui, en fait, le transmet par les lignes de communication à la machine de destination. À ce stade, le message est "envahi" par des titres de tous les niveaux.

La couche physique met le message sur l'interface de sortie physique de l'ordinateur 1, et il commence son "voyage" à travers le réseau (jusqu'à ce point, le message était transféré d'une couche à une autre dans l'ordinateur 1). Lorsqu'un message arrive sur le réseau au niveau de l'interface d'entrée du calculateur 2, il est reçu par sa couche physique et remonte séquentiellement de couche en couche. Chaque couche analyse et traite l'en-tête de sa couche, en exécutant les fonctions appropriées, puis supprime cet en-tête et transmet le message à la couche supérieure. Comme on peut le voir à partir de la description, les entités protocolaires de même niveau ne communiquent pas directement entre elles, des intermédiaires participent toujours à cette communication - au moyen de protocoles de niveaux inférieurs. Et seuls les niveaux physiques des différents nœuds interagissent directement.

Couches du modèle OSI

Dans la littérature, il est plus courant de commencer à décrire les couches du modèle OSI à partir de la 7ème couche, dite couche application, au niveau de laquelle les applications utilisateurs accèdent au réseau. Le modèle OSI se termine par la 1ère couche - physique, qui définit les normes exigées par les constructeurs indépendants pour les supports de transmission de données :

• type de support de transmission (câble cuivre, fibre optique, radio, etc.),
• type de modulation du signal,
• niveaux de signal des états logiques discrets (zéro et un).

Tout protocole du modèle OSI doit interagir soit avec des protocoles de sa couche, soit avec des protocoles supérieurs et/ou inférieurs à sa couche. Les interactions avec les protocoles à leur niveau sont appelées horizontales, et celles avec des niveaux supérieurs ou inférieurs sont appelées verticales. Tout protocole du modèle OSI ne peut remplir que les fonctions de sa couche et ne peut pas remplir les fonctions d'une autre couche, qui ne sont pas remplies dans les protocoles de modèles alternatifs.

Chaque niveau, avec un certain degré de conventionnalité, possède son propre opérande - une donnée logiquement indivisible qui peut être exploitée à un niveau séparé dans le cadre du modèle et des protocoles utilisés : au niveau physique, la plus petite unité est un peu , au niveau de la liaison de données, les informations sont combinées en trames, au niveau du réseau - en paquets ( datagrammes), sur le transport - en segments. Toute donnée logiquement combinée pour la transmission - une trame, un paquet, un datagramme - est considérée comme un message. Ce sont les messages sous forme générale qui sont les opérandes des niveaux session, présentation et application.

Les technologies de réseau sous-jacentes incluent les couches physiques et de liaison.

Couche d'application

Couche application (couche application; couche application) - le niveau supérieur du modèle qui assure l'interaction des applications utilisateur avec le réseau :

• permet aux applications d'utiliser les services réseau :
  • accès à distance aux fichiers et bases de données,
  • transfert d'e-mails ;
• responsable du transfert des informations de service ;
• fournit aux applications des informations sur les erreurs ;
• génère des demandes à la couche de présentation.

Protocoles de la couche application : RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET et autres.

Couche de présentation

La couche de présentation (couche de présentation) assure la conversion de protocole et le codage/décodage des données. Les requêtes d'application reçues de la couche d'application sont converties dans la couche de présentation en un format de transmission sur le réseau, et les données reçues du réseau sont converties au format d'application. A ce niveau, la compression/décompression ou le chiffrement/déchiffrement peuvent être effectués, ainsi que la redirection des requêtes vers une autre ressource réseau si elles ne peuvent pas être traitées localement.

La couche de présentation est généralement un protocole intermédiaire pour transformer les informations des couches voisines. Cela permet la communication entre les applications sur des systèmes informatiques différents d'une manière qui est transparente pour les applications. La couche de présentation assure le formatage et la transformation du code. Le formatage du code est utilisé pour s'assurer qu'une application reçoit des informations pour le traitement qui ont du sens pour elle. Si nécessaire, cette couche peut traduire d'un format de données à un autre.

La couche de présentation traite non seulement des formats et de la présentation des données, mais également des structures de données utilisées par les programmes. Ainsi, la couche 6 assure l'organisation des données lors de leur transfert.

Pour comprendre comment cela fonctionne, imaginez qu'il existe deux systèmes. L'un utilise le code d'échange d'informations binaires étendu EBCDIC, tel que le mainframe IBM, pour représenter les données, et l'autre utilise le code d'échange d'informations ASCII standard américain (utilisé par la plupart des autres fabricants d'ordinateurs). Si ces deux systèmes ont besoin d'échanger des informations, alors une couche de présentation est nécessaire pour effectuer la transformation et la traduction entre les deux formats différents.

Une autre fonction exécutée au niveau de la couche de présentation est le cryptage des données, qui est utilisé dans les cas où il est nécessaire de protéger les informations transmises contre l'accès par des destinataires non autorisés. Pour accomplir cette tâche, les processus et le code au niveau de la vue doivent effectuer des transformations de données. À ce niveau, il existe d'autres sous-programmes qui compressent les textes et convertissent les images graphiques en flux binaires afin qu'ils puissent être transmis sur le réseau.

Les normes de présentation définissent également la façon dont les graphiques sont présentés. À ces fins, le format PICT, un format d'image utilisé pour transférer les graphiques QuickDraw entre les programmes, peut être utilisé.

Un autre format de vue est le format de fichier balisé. Images TIFF, qui est généralement utilisé pour les bitmaps haute résolution. La norme de niveau de présentation suivante qui peut être utilisée pour les graphiques est celle élaborée par le Joint Photographic Expert Group; dans l'usage quotidien, cette norme est simplement appelée JPEG.

Il existe un autre groupe de normes de niveau de présentation qui définissent la présentation du son et des films. Cela inclut la Musical Instrument Digital Interface (MIDI) pour la représentation numérique de la musique, développée par le Motion Picture Experts Group, la norme MPEG utilisée pour compresser et encoder des vidéos sur CD, les stocker numériquement et les transmettre à des vitesses allant jusqu'à 1,5 Mbps, et QuickTime est une norme qui décrit les éléments audio et vidéo pour les programmes exécutés sur des ordinateurs Macintosh et PowerPC.

Protocoles de la couche de présentation : AFP - Apple Filing Protocol, ICA - Independent Computing Architecture, LPP - Lightweight Presentation Protocol, NCP - NetWare Core Protocol, NDR - Network Data Representation, XDR - eXternal Data Representation, X.25 PAD - Packet Assembler/Disassembler Protocol .

couche de session

La couche session du modèle maintient une session de communication, permettant aux applications d'interagir les unes avec les autres pendant une longue période. La couche gère la création/fermeture de session, l'échange d'informations, la synchronisation des tâches, la détermination du droit de transférer des données et la maintenance de session pendant les périodes d'inactivité de l'application.

Protocoles de session : ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol), ASP (AppleTalk Session Protocol), H.245 (Call Control Protocol for Multimedia Communication), ISO-SP (OSI Session Layer Protocol (X.225, ISO 8327)), iSNS ( Service de nom de stockage Internet), L2F (protocole de transfert de couche 2), L2TP (protocole de tunnel de couche 2), NetBIOS (système d'entrée-sortie de base du réseau), PAP (protocole d'authentification de mot de passe), PPTP (protocole de tunnel point à point), RPC (Remote Procedure Call Protocol), RTCP (Real-time Transport Control Protocol), SMPP (Short Message Peer-to-Peer), SCP (Session Control Protocol), ZIP (Zone Information Protocol), SDP (Sockets Direct Protocol]) .

couche de transport

La couche de transport (couche de transport) du modèle est conçue pour assurer un transfert de données fiable de l'expéditeur au destinataire. Dans le même temps, le niveau de fiabilité peut varier sur une large plage. Il existe de nombreuses classes de protocoles de couche transport, allant des protocoles qui ne fournissent que des fonctions de transport de base (par exemple, des fonctions de transfert de données sans accusé de réception), aux protocoles qui garantissent que plusieurs paquets de données sont livrés à la destination dans le bon ordre, multiplexent plusieurs données flux, fournissent un mécanisme de contrôle du flux de données et garantissent la validité des données reçues. Par exemple, UDP est limité au contrôle de l'intégrité des données dans un seul datagramme et n'exclut pas la possibilité de perdre le paquet entier ou de dupliquer des paquets, en violant l'ordre dans lequel les paquets de données ont été reçus ; TCP fournit une transmission de données continue fiable, à l'exclusion de la perte de données ou de la violation de l'ordre de leur arrivée ou de leur duplication, il peut redistribuer les données en divisant de grandes portions de données en fragments et vice versa en collant des fragments en un seul paquet.

Protocoles de couche transport : ATP (AppleTalk Transaction Protocol), CUDP (Cyclic UDP), DCCP (Datagram Congestion Control Protocol), FCP (Fiber Channel|Fiber Channel Protocol), IL (IL Protocol), NBF (NetBIOS Frames protocol), 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).

couche réseau

La couche réseau (lang-fr|couche réseau) du modèle est conçue pour déterminer le chemin de transfert des données. Responsable de la traduction des adresses et des noms logiques en adresses physiques, de la détermination des itinéraires les plus courts, de la commutation et du routage, du suivi des problèmes et de la "congestion" du réseau.

Les protocoles de couche réseau acheminent les données d'une source vers une destination. Les appareils (routeurs) fonctionnant à ce niveau sont conditionnellement appelés appareils du troisième niveau (selon le numéro de niveau dans le modèle OSI).

Protocoles de la couche réseau : IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange), X.25 (partiellement implémenté dans la couche 2), CLNP (Connectionless Network Protocol), IPsec (Internet protocol security). Protocoles de routage - RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Couche de lien

La couche liaison (couche liaison de données) est conçue pour assurer l'interaction des réseaux au niveau de la couche physique et contrôler les erreurs qui peuvent survenir. Il emballe les données reçues de la couche physique, représentées en bits, dans des trames, en vérifie l'intégrité et, si nécessaire, corrige les erreurs (forme une demande répétée pour une trame endommagée) et les envoie à la couche réseau. La couche liaison peut interagir avec une ou plusieurs couches physiques, contrôlant et gérant cette interaction.

La spécification IEEE 802 divise ce niveau en deux sous-niveaux : MAC (Media Access Control) régule l'accès à un support physique partagé, LLC (logical link control) fournit un service au niveau du réseau.

Les commutateurs, ponts et autres appareils fonctionnent à ce niveau. On dit que ces appareils utilisent l'adressage de couche 2 (par numéro de couche dans le modèle OSI).

Protocoles de couche de liaison : ARCnet, ATM (mode de transfert asynchrone), Controller Area Network (CAN), Econet, IEEE 802.3 (Ethernet), Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS), Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay, High-Level Data Link Control (HDLC), IEEE 802.2 (fournit des fonctions LLC aux couches MAC IEEE 802), Link Access Procedures, canal D (LAPD), LAN sans fil IEEE 802.11, LocalTalk, Multiprotocol Label Switching (MPLS), Point-to-Point Protocol (PPP), protocole point à point sur Ethernet(PPPoE), StarLan, Token ring, détection de lien unidirectionnel (UDLD), x.25]], ARP.

En programmation, ce niveau représente le pilote de la carte réseau ; dans les systèmes d'exploitation, il existe une interface logicielle pour l'interaction des niveaux de canal et de réseau entre eux. Ce n'est pas un nouveau niveau, mais simplement une implémentation du modèle pour un système d'exploitation spécifique. Exemples de telles interfaces : ODI, NDIS, UDI.

Couche physique

Couche physique (couche physique) - le niveau inférieur du modèle, qui détermine la méthode de transfert des données présentées dans forme binaire, d'un appareil (ordinateur) à un autre. Diverses organisations sont impliquées dans la compilation de ces méthodes, notamment: l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens, l'Alliance de l'industrie électronique, l'Institut européen des normes de télécommunications et d'autres. Ils transmettent des signaux électriques ou optiques à un câble ou à un air radio et, en conséquence, les reçoivent et les convertissent en bits de données conformément aux méthodes de codage signaux numériques.

Les concentrateurs]], les répéteurs de signal et les convertisseurs de média fonctionnent également à ce niveau.

Les fonctions de la couche physique sont implémentées sur tous les appareils connectés au réseau. Côté ordinateur, les fonctions de la couche physique sont assurées par une carte réseau ou un port série. La couche physique fait référence aux interfaces physiques, électriques et mécaniques entre deux systèmes. La couche physique définit des types de supports de transmission de données tels que la fibre optique, la paire torsadée, le câble coaxial, la liaison de données par satellite, etc. Les types standard d'interfaces réseau liés à la couche physique sont :)