Per una rappresentazione unificata dei dati in reti con dispositivi e software eterogenei, l'organizzazione internazionale per gli standard ISO (International Standardization Organization) ha sviluppato un modello base per la comunicazione di sistemi aperti OSI (Open System Interconnection). Questo modello descrive le regole e le procedure per il trasferimento dei dati in vari ambienti di rete durante l'organizzazione di una sessione di comunicazione. Gli elementi principali del modello sono i layer, i processi applicativi ei mezzi fisici di connessione. Sulla fig. 1.10 mostra la struttura del modello base.

Ogni livello del modello OSI esegue un'attività specifica nel processo di trasmissione dei dati sulla rete. Il modello di base è la base per lo sviluppo dei protocolli di rete. OSI suddivide le funzioni di comunicazione in una rete in sette livelli, ciascuno dei quali serve una parte diversa del processo di interoperabilità dei sistemi aperti.

Il modello OSI descrive solo i mezzi di interazione a livello di sistema, non le applicazioni dell'utente finale. Le applicazioni implementano i propri protocolli di comunicazione chiamando strumenti di sistema.

Riso. 1.10. Modello OSI

Se un'applicazione può assumere le funzioni di alcuni dei livelli superiori del modello OSI, allora per la comunicazione accede direttamente agli strumenti di sistema che eseguono le funzioni dei restanti livelli inferiori del modello OSI.

Interazione dei livelli del modello OSI

Il modello OSI può essere suddiviso in due diversi modelli, come mostrato in Fig. 1.11:

Un modello orizzontale basato su protocolli che fornisce un meccanismo per l'interazione di programmi e processi su macchine diverse;

Un modello verticale basato sui servizi forniti da livelli vicini tra loro sulla stessa macchina.

Ogni livello del computer mittente interagisce con lo stesso livello del computer ricevente come se fosse connesso direttamente. Tale connessione è chiamata connessione logica o virtuale. Infatti, l'interazione avviene tra livelli adiacenti di un computer.

Quindi, le informazioni sul computer mittente devono passare attraverso tutti i livelli. Quindi viene trasmesso sul supporto fisico al computer ricevente e passa nuovamente attraverso tutti i livelli fino a raggiungere lo stesso livello da cui è stato inviato al computer mittente.

Nel modello orizzontale, due programmi necessitano di un protocollo comune per lo scambio di dati. In un modello verticale, i livelli adiacenti comunicano tramite API (Application Programming Interface).

Riso. 1.11. Diagramma di interazione del computer nel modello di riferimento OSI di base

Prima di essere inseriti nella rete, i dati vengono suddivisi in pacchetti. Un pacchetto è un'unità di informazioni trasmesse tra le stazioni su una rete.

Quando si inviano dati, il pacchetto passa in sequenza attraverso tutti i livelli Software. Ad ogni livello, le informazioni di controllo di questo livello (intestazione) vengono aggiunte al pacchetto, necessarie per la corretta trasmissione dei dati sulla rete, come mostrato in Fig. 1.12, dove Zag è l'intestazione del pacchetto, End è la fine del pacchetto.

Sul lato ricevente, il pacchetto passa attraverso tutti i livelli in ordine inverso. A ogni livello, il protocollo a quel livello legge le informazioni del pacchetto, quindi rimuove le informazioni aggiunte al pacchetto allo stesso livello dal mittente e passa il pacchetto al livello successivo. Quando il pacchetto raggiunge il livello Applicazione, tutte le informazioni di controllo verranno rimosse dal pacchetto ei dati torneranno alla loro forma originale.

Riso. 1.12. Formazione di un pacchetto di ciascun livello del modello a sette livelli

Ogni livello del modello ha la sua funzione. Più alto è il livello, più difficile è il compito che risolve.

È conveniente pensare ai singoli livelli del modello OSI come gruppi di programmi progettati per eseguire funzioni specifiche. Un livello, ad esempio, è responsabile di fornire la conversione dei dati da ASCII a EBCDIC e contiene i programmi necessari per eseguire questa operazione.

Ciascun livello fornisce un servizio a un livello superiore, richiedendo a sua volta un servizio al livello inferiore. I livelli superiori richiedono un servizio più o meno allo stesso modo: di norma, è necessario instradare alcuni dati da una rete all'altra. L'attuazione pratica dei principi dell'indirizzamento dei dati è assegnata ai livelli inferiori. Sulla fig. 1.13 dato breve descrizione funzioni a tutti i livelli.

Riso. 1.13. Funzioni dei livelli del modello OSI

Il modello in esame determina l'interazione di sistemi aperti di diversi produttori nella stessa rete. Pertanto, svolge per loro azioni di coordinamento su:

Interazione dei processi applicati;

Moduli di presentazione dei dati;

Archiviazione uniforme dei dati;

Gestione delle risorse di rete;

Sicurezza dei dati e protezione delle informazioni;

Diagnostica di programmi e hardware.

Livello di applicazione

Il livello dell'applicazione fornisce ai processi dell'applicazione l'accesso all'area di interazione, è il livello superiore (settimo) ed è direttamente adiacente ai processi dell'applicazione.

In effetti, il livello dell'applicazione è un insieme di vari protocolli mediante i quali gli utenti della rete accedono a risorse condivise come file, stampanti o pagine Web ipertestuali e organizzano anche il loro lavoro congiunto, ad esempio utilizzando il protocollo E-mail. Gli elementi di servizio dell'applicazione speciale forniscono servizi per programmi applicativi specifici come il trasferimento di file e programmi di emulazione di terminale. Se, ad esempio, il programma deve inviare file, verrà utilizzato il protocollo di trasferimento file FTAM (File Transfer, Access, and Management). Nel modello OSI, un programma applicativo che deve eseguire un'attività specifica (ad esempio, aggiornare un database su un computer) invia dati specifici sotto forma di un datagramma al livello dell'applicazione. Uno dei compiti principali di questo livello è determinare come deve essere elaborata una richiesta di applicazione, in altre parole, quale forma deve assumere la richiesta.

L'unità di dati su cui opera il livello dell'applicazione è solitamente chiamata messaggio.

Il livello dell'applicazione svolge le seguenti funzioni:

1. Esecuzione di vari tipi di lavoro.

Trasferimento di file;

Gestione del lavoro;

Gestione del sistema, ecc;

2. Identificazione degli utenti tramite password, indirizzi, firme elettroniche;

3. Determinazione degli abbonati funzionanti e possibilità di accesso a nuovi processi applicativi;

4. Determinazione della sufficienza delle risorse disponibili;

5. Organizzazione delle richieste di collegamento con altri processi applicativi;

6. Trasferimento delle domande al livello rappresentativo per i metodi necessari per descrivere le informazioni;

7. Selezione delle procedure per il dialogo di processo pianificato;

8. Gestione dei dati scambiati tra i processi applicativi e sincronizzazione dell'interazione tra i processi applicativi;

9. Determinazione della qualità del servizio (tempo di consegna dei blocchi di dati, tasso di errore accettabile);

10. Accordo sulla correzione degli errori e sulla determinazione dell'attendibilità dei dati;

11. Coordinamento delle restrizioni imposte alla sintassi (set di caratteri, struttura dei dati).

Queste funzioni definiscono i tipi di servizi che il livello dell'applicazione fornisce ai processi dell'applicazione. Inoltre, il livello dell'applicazione trasferisce ai processi applicativi il servizio fornito dai livelli fisico, collegamento, rete, trasporto, sessione e presentazione.

A livello di applicazione, è necessario fornire agli utenti informazioni già elaborate. Questo può essere gestito dal software di sistema e utente.

Il livello dell'applicazione è responsabile dell'accesso delle applicazioni alla rete. I compiti di questo livello sono il trasferimento di file, lo scambio messaggi postali e gestione della rete.

I protocolli dei primi tre livelli più comuni sono:

FTP ( Trasferimento di file Protocollo) protocollo di trasferimento file;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) è il protocollo di trasferimento file più semplice;

e-mail X.400;

Telnet funziona con un terminale remoto;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) è un semplice protocollo di scambio di posta;

CMIP (Common Management Information Protocol) protocollo comune di gestione delle informazioni;

SLIP (Serial Line IP) IP per linee seriali. Protocollo per il trasferimento dati seriale carattere per carattere;

SNMP (Simple Network Management Protocol) semplice protocollo di gestione della rete;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) è un protocollo per il trasferimento, l'accesso e la gestione dei file.

Livello di presentazione

Le funzioni di questo livello sono la presentazione dei dati trasmessi tra i processi applicativi nella forma desiderata.

Questo livello garantisce che le informazioni trasmesse dal livello dell'applicazione vengano comprese dal livello dell'applicazione in un altro sistema. Se necessario, il livello di presentazione al momento del trasferimento delle informazioni esegue la conversione dei formati di dati in un formato di presentazione comune e, rispettivamente, al momento della ricezione, esegue la conversione inversa. Pertanto, i livelli applicativi possono superare, ad esempio, le differenze sintattiche nella rappresentazione dei dati. Questa situazione può verificarsi in una LAN con computer di diverso tipo (PC IBM e Macintosh) che necessitano di scambiare dati. Quindi, nei campi dei database, le informazioni dovrebbero essere presentate sotto forma di lettere e numeri, e spesso sotto forma di un'immagine grafica. È necessario elaborare questi dati, ad esempio, come numeri in virgola mobile.

La rappresentazione comune dei dati si basa sul sistema ASN.1, comune a tutti i livelli del modello. Questo sistema serve a descrivere la struttura dei file e risolve anche il problema della crittografia dei dati. A questo livello è possibile eseguire la crittografia e decrittografia dei dati, grazie alla quale la segretezza dello scambio dei dati è assicurata immediatamente per tutti i servizi applicativi. Un esempio di tale protocollo è il protocollo SSL (Secure Socket Layer), che fornisce messaggistica sicura per i protocolli del livello applicazione dello stack TCP/IP. Questo livello fornisce la trasformazione dei dati (codifica, compressione, ecc.) del livello dell'applicazione in un flusso di informazioni per il livello di trasporto.

Il livello rappresentativo svolge le seguenti funzioni principali:

1. Generazione di richieste per stabilire sessioni di interazione tra processi applicativi.

2. Coordinamento della presentazione dei dati tra i processi applicativi.

3. Implementazione di moduli di presentazione dei dati.

4. Presentazione del materiale grafico (disegni, disegni, diagrammi).

5. Classificazione dei dati.

6. Invio di richieste per terminare le sessioni.

I protocolli del livello di presentazione fanno solitamente parte dei protocolli dei primi tre livelli del modello.

Livello di sessione

Il livello di sessione è il livello che definisce la procedura per condurre sessioni tra utenti o processi applicativi.

Il livello di sessione fornisce il controllo della conversazione per tenere traccia di quale lato è attualmente attivo e fornisce anche un mezzo di sincronizzazione. Questi ultimi permettono di inserire dei checkpoint nei trasferimenti lunghi così che, in caso di guasto, si possa tornare all'ultimo checkpoint, invece di ricominciare tutto da capo. In pratica, poche applicazioni utilizzano il livello di sessione ed è raramente implementato.

Il livello di sessione controlla il trasferimento di informazioni tra i processi dell'applicazione, coordina la ricezione, la trasmissione e l'emissione di una sessione di comunicazione. Inoltre, il livello di sessione contiene anche le funzioni di gestione delle password, controllo della conversazione, sincronizzazione e cancellazione della comunicazione in una sessione di trasmissione dopo un errore dovuto a errori nei livelli inferiori. Le funzioni di questo livello sono di coordinare la comunicazione tra due programmi applicativi in ​​esecuzione su workstation diverse. Si presenta sotto forma di un dialogo ben strutturato. Queste funzioni includono la creazione di una sessione, la gestione della trasmissione e della ricezione di pacchetti di messaggi durante una sessione e la chiusura di una sessione.

A livello di sessione, viene determinato quale sarà il trasferimento tra due processi applicativi:

Half duplex (i processi invieranno e riceveranno dati a turno);

Duplex (i processi invieranno i dati e li riceveranno contemporaneamente).

In modalità half-duplex, il livello di sessione invia un token di dati al processo che avvia il trasferimento. Quando arriva il momento della risposta del secondo processo, gli viene passato il token di dati. Il livello di sessione consente la trasmissione solo alla parte che possiede il token di dati.

Il livello di sessione fornisce le seguenti funzioni:

1. Instaurazione e completamento a livello di sessione di una connessione tra sistemi interagenti.

2. Esecuzione dello scambio di dati normale e urgente tra i processi applicativi.

3. Gestire l'interazione dei processi applicati.

4. Sincronizzazione delle connessioni di sessione.

5. Notifica dei processi applicativi relativi a situazioni eccezionali.

6. Istituzione di etichette nel processo applicato, consentendo, dopo un fallimento o un errore, di ripristinarne l'esecuzione dall'etichetta più vicina.

7. Interruzione nei casi necessari del procedimento applicativo e sua corretta ripresa.

8. Cessazione della sessione senza perdita di dati.

9. Trasmissione di messaggi speciali sullo stato di avanzamento della sessione.

Il livello di sessione è responsabile dell'organizzazione delle sessioni di scambio di dati tra le macchine finali. I protocolli del livello di sessione sono solitamente un componente dei protocolli dei primi tre livelli del modello.

Livello di trasporto

Il livello di trasporto è progettato per trasmettere i pacchetti rete di comunicazione. A livello di trasporto, i pacchetti sono divisi in blocchi.

Lungo il percorso dal mittente al destinatario, i pacchetti possono essere danneggiati o persi. Mentre alcune applicazioni hanno la propria gestione degli errori, ce ne sono alcune che preferiscono gestire subito una connessione affidabile. Il compito del livello di trasporto è garantire che le applicazioni oi livelli superiori del modello (applicazione e sessione) trasferiscano i dati con il grado di affidabilità richiesto. Il modello OSI definisce cinque classi di servizio fornite dal livello di trasporto. Tali tipologie di servizi si distinguono per la qualità dei servizi erogati: urgenza, possibilità di ripristino di una connessione interrotta, disponibilità di funzionalità di multiplexing per connessioni multiple tra diversi protocolli applicativi attraverso un protocollo di trasporto comune e, soprattutto, capacità di rilevare e correggere gli errori di trasmissione, come la distorsione, la perdita e la duplicazione dei pacchetti.

Il livello di trasporto determina l'indirizzamento dei dispositivi fisici (sistemi, loro parti) nella rete. Questo livello garantisce la consegna di blocchi di informazioni ai destinatari e gestisce questa consegna. Il suo compito principale è fornire forme efficienti, convenienti e affidabili di trasferimento delle informazioni tra i sistemi. Quando è in elaborazione più di un pacchetto, il livello di trasporto controlla l'ordine in cui passano i pacchetti. Se passa un duplicato di un messaggio ricevuto in precedenza, questo livello lo riconosce e ignora il messaggio.

Le funzioni del livello di trasporto includono:

1. Controllo della trasmissione di rete e garanzia dell'integrità dei blocchi di dati.

2. Rilevazione degli errori, loro parziale eliminazione e segnalazione degli errori non corretti.

3. Ripristino della trasmissione dopo guasti e malfunzionamenti.

4. Consolidamento o divisione di blocchi di dati.

5. Concessione di priorità al trasferimento di blocchi (normale o urgente).

6. Conferma del trasferimento.

7. Eliminazione dei blocchi in situazioni di deadlock nella rete.

A partire dal livello di trasporto, tutti i protocolli superiori sono implementati nel software, solitamente incluso nel sistema operativo di rete.

I protocolli del livello di trasporto più comuni includono:

TCP (Transmission Control Protocol) Protocollo di controllo della trasmissione dello stack TCP/IP;

UDP (User Datagram Protocol) è il protocollo del datagramma utente dello stack TCP/IP;

Protocollo di base NCP (NetWare Core Protocol) per reti NetWare;

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

TP4 (protocollo di trasmissione) - protocollo di trasmissione di classe 4.

Livello di rete

Il livello di rete fornisce la posa di canali che collegano i sistemi di abbonati e amministrativi attraverso una rete di comunicazione, scegliendo il percorso del modo più veloce e affidabile.

Il livello di rete stabilisce la comunicazione in una rete di computer tra due sistemi e fornisce la posa di canali virtuali tra di loro. Un canale virtuale o logico è un tale funzionamento dei componenti della rete che crea l'illusione di tracciare il percorso necessario tra i componenti interagenti. Inoltre, il livello di rete informa il livello di trasporto sugli errori che si verificano. I messaggi a livello di rete sono comunemente indicati come pacchetti. Contengono pezzi di dati. Il livello di rete è responsabile del loro indirizzamento e consegna.

La creazione del percorso migliore per la trasmissione dei dati si chiama routing e la sua soluzione è il compito principale del livello di rete. Questo problema è aggravato dal fatto che il percorso più breve non è sempre il migliore. Spesso il criterio per la scelta di un percorso è il tempo di trasferimento dei dati lungo questo percorso; dipende dalla larghezza di banda dei canali di comunicazione e dall'intensità del traffico, che può cambiare nel tempo. Alcuni algoritmi di routing tentano di adattarsi ai cambiamenti di carico, mentre altri prendono decisioni basate su medie a lungo termine. La selezione del percorso può essere basata anche su altri criteri, come l'affidabilità della trasmissione.

Il protocollo del livello di collegamento fornisce la consegna dei dati tra qualsiasi nodo solo in una rete con una topologia tipica appropriata. Si tratta di una limitazione molto rigida che non consente di costruire reti con una struttura sviluppata, ad esempio reti che combinano diverse reti aziendali in un'unica rete o reti altamente affidabili in cui sono presenti collegamenti ridondanti tra i nodi.

Pertanto, all'interno della rete, la consegna dei dati è regolata dal livello di collegamento, ma la consegna dei dati tra le reti è gestita dal livello di rete. Quando si organizza la consegna dei pacchetti a livello di rete, viene utilizzato il concetto di numero di rete. In questo caso, l'indirizzo del destinatario è costituito dal numero di rete e dal numero del computer su tale rete.

Le reti sono interconnesse dispositivi speciali chiamati router. Un router è un dispositivo che raccoglie informazioni sulla topologia tra le connessioni di rete e sulla base di esso inoltra i pacchetti del livello di rete alla rete di destinazione. Per trasferire un messaggio da un mittente situato in una rete ad un destinatario situato in un'altra rete, è necessario effettuare un certo numero di trasmissioni di transito (hop) tra le reti, scegliendo di volta in volta il percorso appropriato. Pertanto, un percorso è una sequenza di router attraversati da un pacchetto.

Il livello di rete è responsabile della divisione degli utenti in gruppi e del routing dei pacchetti in base alla traduzione degli indirizzi MAC in indirizzi di rete. Il livello di rete fornisce anche la trasmissione trasparente dei pacchetti al livello di trasporto.

Il livello di rete svolge le seguenti funzioni:

1. Creazione di connessioni di rete e identificazione delle loro porte.

2. Rilevamento e correzione degli errori che si verificano durante la trasmissione attraverso una rete di comunicazione.

3. Controllo del flusso dei pacchetti.

4. Organizzazione (ordinazione) di sequenze di colli.

5. Instradamento e commutazione.

6. Segmentazione e consolidamento dei pacchetti.

Il livello di rete definisce due tipi di protocolli. Il primo tipo si riferisce alla definizione di regole per la trasmissione di pacchetti con dati di nodi finali da un nodo a un router e tra router. Sono questi i protocolli a cui si fa solitamente riferimento quando si parla di protocolli a livello di rete. Tuttavia, un altro tipo di protocollo, chiamato protocollo di scambio di informazioni di instradamento, viene spesso indicato come livello di rete. I router utilizzano questi protocolli per raccogliere informazioni sulla topologia delle interconnessioni.

I protocolli del livello di rete sono implementati dai moduli software del sistema operativo, nonché dal software e dall'hardware dei router.

I protocolli più comunemente utilizzati a livello di rete sono:

IP (Protocollo Internet) Protocollo Internet, protocollo di rete lo stack TCP/IP, che fornisce informazioni sull'indirizzo e sull'instradamento;

IPX (Internetwork Packet Exchange) è un protocollo di scambio di pacchetti Internet progettato per l'indirizzamento e l'instradamento dei pacchetti nelle reti Novell;

X.25 standard internazionale per le comunicazioni globali a commutazione di pacchetto (questo protocollo è parzialmente implementato a livello 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) è un protocollo di rete che non organizza le connessioni.

Livello di collegamento (collegamento dati)

L'unità informativa del livello di collegamento sono i frame (frame). I frame sono una struttura organizzata logicamente in cui i dati possono essere inseriti. Il compito del livello di collegamento è trasferire i frame dal livello di rete al livello fisico.

A livello fisico, i bit vengono semplicemente inviati. Ciò non tiene conto del fatto che in alcune reti, in cui le linee di comunicazione sono utilizzate alternativamente da più coppie di computer interagenti, il mezzo trasmissivo fisico può essere occupato. Pertanto, uno dei compiti del livello di collegamento è verificare la disponibilità del mezzo trasmissivo. Un altro compito del livello di collegamento è implementare meccanismi di rilevamento e correzione degli errori.

Il livello di collegamento garantisce che ogni frame venga trasmesso correttamente posizionando una speciale sequenza di bit all'inizio e alla fine di ogni frame per contrassegnarlo e calcola anche un checksum sommando tutti i byte del frame in un certo modo e aggiungendo un checksum a la cornice. Quando arriva un frame, il ricevitore calcola nuovamente il checksum dei dati ricevuti e confronta il risultato con il checksum del frame. Se corrispondono, il frame è considerato valido e accettato. Se i checksum non corrispondono, viene generato un errore.

Il compito del livello di collegamento è prendere i pacchetti provenienti dal livello di rete e prepararli per la trasmissione inserendoli in un frame della dimensione appropriata. Questo livello è necessario per determinare dove inizia e finisce il blocco e per rilevare gli errori di trasmissione.

Allo stesso livello vengono definite le regole per l'utilizzo del livello fisico da parte dei nodi di rete. La rappresentazione elettrica dei dati nella LAN (bit di dati, metodi di codifica dei dati e marcatori) viene riconosciuta a questo e solo a questo livello. Qui gli errori vengono rilevati e corretti (richiedendo la ritrasmissione dei dati).

Il livello di collegamento fornisce la creazione, la trasmissione e la ricezione di frame di dati. Questo livello serve le richieste del livello di rete e utilizza il servizio del livello fisico per ricevere e trasmettere i pacchetti. Le specifiche IEEE 802.X dividono il livello di collegamento in due sottolivelli:

LLC (controllo del collegamento logico) controllo logico connessioni. Il sottolivello LLC fornisce servizi al livello di rete e si occupa della trasmissione e ricezione dei messaggi utente.

Controllo dell'accesso ai media MAC (Media Assess Control). Il sottolivello MAC regola l'accesso al supporto fisico condiviso (passaggio di token o collisione o rilevamento di collisioni) e controlla l'accesso al canale di comunicazione. Il sottolivello LLC è sopra il sottolivello MAC.

Il livello di collegamento dati definisce l'accesso ai media e il controllo della trasmissione attraverso una procedura di trasferimento dati su un collegamento.

Con grandi dimensioni di blocchi di dati trasmessi, il livello di collegamento li divide in frame e trasmette i frame come sequenze.

Alla ricezione dei frame, il livello forma i blocchi di dati trasmessi da essi. La dimensione di un blocco di dati dipende dal metodo di trasmissione, dalla qualità del canale attraverso il quale viene trasmesso.

Nelle LAN, i protocolli a livello di collegamento vengono utilizzati da computer, bridge, switch e router. Nei computer, le funzioni del livello di collegamento sono implementate dagli sforzi congiunti delle schede di rete e dei loro driver.

Il livello di collegamento può eseguire i seguenti tipi di funzioni:

1. Organizzazione (istituzione, gestione, terminazione) delle connessioni di canale e identificazione delle loro porte.

2. Organizzazione e trasferimento del personale.

3. Rilevamento e correzione degli errori.

4. Gestione del flusso di dati.

5. Garantire la trasparenza dei canali logici (trasferimento di dati codificati in qualsiasi modo su di essi).

I protocolli più comunemente utilizzati a livello di collegamento includono:

HDLC (High Level Data Link Control) protocollo di controllo del collegamento dati di alto livello per connessioni seriali;

IEEE 802.2 LLC (Tipo I e Tipo II) fornisce MAC per ambienti 802.x;

Tecnologia di rete Ethernet secondo lo standard IEEE 802.3 per reti che utilizzano topologia bus e accesso multiplo con carrier sniffing e collision detection;

Tecnologia di rete Token ring secondo lo standard IEEE 802.5, utilizzando una topologia ad anello e un metodo di accesso ad anello con passaggio di token;

Tecnologia di rete FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) IEEE 802.6 che utilizza supporti in fibra ottica;

X.25 è uno standard internazionale per le comunicazioni globali a commutazione di pacchetto;

Rete frame relay organizzata da tecnologie X25 e ISDN.

Livello fisico

Il livello fisico è progettato per interfacciarsi con i mezzi fisici di connessione. Il mezzo fisico di connessione è la combinazione di ambiente fisico, hardware e strumenti software, che fornisce la trasmissione del segnale tra i sistemi.

Il supporto fisico è una sostanza materiale attraverso la quale vengono trasmessi i segnali. Il supporto fisico è il fondamento su cui sono costruiti i mezzi fisici di connessione. Etere, metalli, vetro ottico e quarzo sono ampiamente utilizzati come supporti fisici.

Il livello fisico è costituito da un sottolivello di interfaccia multimediale e da un sottolivello di trasformazione della trasmissione.

Il primo prevede l'accoppiamento del flusso di dati con il canale di comunicazione fisico utilizzato. Il secondo esegue le trasformazioni relative ai protocolli applicati. Il livello fisico fornisce l'interfaccia fisica al canale dati e descrive anche le procedure per la trasmissione dei segnali da e verso il canale. A questo livello, i parametri elettrici, meccanici, funzionali e procedurali per collegamento fisico nei sistemi. Il livello fisico riceve i pacchetti di dati dal livello di collegamento sovrastante e li converte in segnali ottici o elettrici corrispondenti a 0 e 1 del flusso binario. Questi segnali vengono inviati attraverso il mezzo di trasmissione al nodo ricevente. Le proprietà meccaniche ed elettriche/ottiche del mezzo trasmissivo sono definite a livello fisico e includono:

Tipo di cavi e connettori;

Assegnazione dei pin nei connettori;

Schema di codifica del segnale per i valori 0 e 1.

Il livello fisico svolge le seguenti funzioni:

1. Instaurazione e disconnessione di collegamenti fisici.

2. Trasmissione di segnali in codice seriale e ricezione.

3. Ascolto, se necessario, dei canali.

4. Identificazione dei canali.

5. Segnalazione del verificarsi di guasti e guasti.

La notifica della comparsa di malfunzionamenti e guasti è dovuta al fatto che a livello fisico viene rilevata una certa classe di eventi che interferisce con il normale funzionamento della rete (collisione di frame inviati da più sistemi contemporaneamente, interruzione del canale, spegnimento , perdita di contatto meccanico, ecc.). I tipi di servizio forniti al livello di collegamento dati sono definiti dai protocolli del livello fisico. L'ascolto del canale è necessario nei casi in cui un gruppo di sistemi è collegato a un canale, ma solo uno di essi è autorizzato a trasmettere segnali contemporaneamente. Pertanto, l'ascolto del canale consente di determinare se è libero di trasmettere. In alcuni casi, per una più chiara definizione della struttura, lo strato fisico è suddiviso in più sottolivelli. Ad esempio, il livello fisico di una rete wireless è suddiviso in tre sottolivelli (Figura 1.14).

Riso. 1.14. Livello fisico LAN wireless

Le funzioni del livello fisico sono implementate in tutti i dispositivi connessi alla rete. Sul lato computer, vengono eseguite le funzioni del livello fisico scheda di rete. I ripetitori sono l'unico tipo di apparecchiatura che funziona solo a livello fisico.

Il livello fisico può fornire sia la trasmissione asincrona (seriale) che sincrona (parallela), utilizzata per alcuni mainframe e minicomputer. A livello fisico, deve essere definito uno schema di codifica per rappresentare i valori binari per la trasmissione su un canale di comunicazione. Molte reti locali utilizzano la codifica Manchester.

Un esempio di protocollo di livello fisico è la specifica della tecnologia 10Base-T Ethernet, che definisce un cavo a doppino intrecciato non schermato di categoria 3 con un'impedenza caratteristica di 100 ohm, un connettore RJ-45, una lunghezza massima di un segmento fisico di 100 metri , un codice Manchester per la rappresentazione dei dati e altre caratteristiche come un cavo, ambiente e segnali elettrici.

Le specifiche del livello fisico più comuni includono:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - Interfaccia seriale non bilanciata meccanica/elettrica;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - caratteristiche meccaniche, elettriche e ottiche di un'interfaccia seriale bilanciata;

Ethernet è una tecnologia di rete IEEE 802.3 per reti che utilizzano la topologia a bus e l'accesso multiplo con sniffing del vettore e rilevamento delle collisioni;

Token ring è una tecnologia di rete IEEE 802.5 che utilizza una topologia ad anello e un metodo di accesso ad anello con passaggio di token.

Il concetto di "sistema aperto"

In senso lato sistema aperto qualsiasi sistema può essere denominato (computer, rete di computer, sistema operativo, pacchetto software, altro hardware e prodotti software) creato per aprire le specifiche.

Ricordiamo che il termine "specifica" (nella tecnologia informatica) è inteso come una descrizione formalizzata di componenti hardware o software, come funzionano, interagiscono con altri componenti, condizioni operative, limitazioni e caratteristiche speciali. È chiaro che non tutte le specifiche sono uno standard. A loro volta, le specifiche aperte sono intese come specifiche pubblicate, disponibili al pubblico, conformi agli standard e accettate in seguito al raggiungimento di un accordo dopo un'approfondita discussione da parte di tutte le parti interessate.

L'uso di specifiche aperte nello sviluppo di sistemi consente a terzi di sviluppare varie estensioni e modifiche hardware o software per questi sistemi, nonché di creare sistemi software e hardware da prodotti di diversi produttori.

Per i sistemi reali, la completa apertura è un ideale irraggiungibile. Di norma, anche nei sistemi detti aperti, solo alcune parti che supportano interfacce esterne soddisfano questa definizione. Ad esempio, l'apertura della famiglia di sistemi operativi Unix risiede, tra l'altro, nella presenza di un'interfaccia di programmazione standardizzata tra il kernel e le applicazioni, che facilita il porting delle applicazioni da una versione di Unix all'altra. Un altro esempio di apertura parziale è l'uso dell'Open Driver Interface (ODI) da parte del sistema operativo Novell NetWare relativamente chiuso per includere nel sistema driver di schede di rete di terze parti. Più sono aperte le specifiche utilizzate nello sviluppo del sistema, più questo è aperto.

Il modello OSI riguarda solo un aspetto dell'apertura, ovvero l'apertura dei mezzi di interazione tra dispositivi connessi in una rete di computer. In questo caso, un sistema aperto si riferisce a un dispositivo di rete pronto a interagire con altri dispositivi di rete utilizzando regole standard che determinano il formato, il contenuto e il significato dei messaggi ricevuti e inviati.

Se due reti sono costruite in conformità con i principi di apertura, ciò offre i seguenti vantaggi:

la capacità di costruire una rete di hardware e software di diversi produttori che aderiscono allo stesso standard;

la possibilità di sostituzione indolore dei singoli componenti di rete con altri più avanzati, che consente alla rete di svilupparsi a costi minimi;

la capacità di interfacciare facilmente una rete con un'altra;

facilità di sviluppo e manutenzione della rete.

Un esempio lampante di sistema aperto è la rete internazionale Internet. Questa rete si è evoluta in piena conformità con i requisiti dei sistemi aperti. Migliaia di utenti specializzati di questa rete provenienti da varie università, organizzazioni scientifiche e produttori di hardware e software per computer operanti in diversi paesi hanno preso parte allo sviluppo dei suoi standard. Il nome stesso degli standard che definiscono il funzionamento di Internet - Request For Comments (RFC), che può essere tradotto come "request for comments", - mostra la natura pubblica e aperta degli standard adottati. Di conseguenza, Internet è riuscita a combinare l'hardware e il software più diversi di un numero enorme di reti sparse in tutto il mondo.

Modello OSI

L'International Standards Organization (ISO) ha sviluppato un modello che definisce chiaramente i diversi livelli di interazione del sistema, assegna loro nomi standard e specifica quale lavoro dovrebbe svolgere ciascun livello. Questo modello è chiamato modello OSI (Open System Interconnection) o modello ISO/OSI.

Il modello OSI suddivide la comunicazione in sette livelli o strati (Figura 1.1). Ogni livello si occupa di un aspetto specifico dell'interazione. Pertanto, il problema dell'interazione viene scomposto in 7 problemi particolari, ciascuno dei quali può essere risolto indipendentemente dagli altri. Ogni livello mantiene le interfacce con i livelli superiori e inferiori.

Riso. 1.1. Modello di interoperabilità dei sistemi aperti ISO/OSI

Il modello OSI descrive solo i mezzi di interazione a livello di sistema, non le applicazioni dell'utente finale. Le applicazioni implementano i propri protocolli di comunicazione accedendo alle strutture del sistema. Va tenuto presente che l'applicazione può assumere le funzioni di alcuni dei livelli superiori del modello OSI, nel qual caso, se necessario, accede agli strumenti di sistema che svolgono le funzioni dei restanti livelli inferiori del modello OSI quando è richiesta l'interazione.

Un'applicazione utente finale può utilizzare gli strumenti di interazione del sistema non solo per organizzare un dialogo con un'altra applicazione in esecuzione su un'altra macchina, ma anche semplicemente per ricevere i servizi di un particolare servizio di rete, ad esempio l'accesso a file eliminati, ricevere posta o stampare su una stampante condivisa.

Quindi, lascia che l'applicazione effettui una richiesta al livello dell'applicazione, ad esempio, a un servizio di file. Sulla base di questa richiesta, il software del livello applicativo genera un messaggio in un formato standard, in cui inserisce le informazioni di servizio (header) e, eventualmente, i dati trasmessi. Questo messaggio viene quindi inviato al livello rappresentativo. Il livello di presentazione aggiunge la sua intestazione al messaggio e passa il risultato al livello di sessione, che a sua volta aggiunge la sua intestazione e così via. Alcune implementazioni dei protocolli prevedono la presenza nel messaggio non solo dell'header, ma anche del trailer. Infine, il messaggio raggiunge il livello fisico più basso, che lo trasmette effettivamente attraverso le linee di comunicazione.

Quando un messaggio arriva sulla rete a un'altra macchina, si sposta in sequenza da un livello all'altro. Ogni livello analizza, elabora e rimuove l'intestazione del proprio livello, esegue le funzioni corrispondenti a questo livello e passa il messaggio al livello superiore.

Oltre al termine "messaggio" (messaggio), ci sono altri nomi usati dagli specialisti di rete per indicare un'unità di scambio di dati. Gli standard ISO utilizzano il termine "Protocol Data Unit" (PDU) per i protocolli a qualsiasi livello. Inoltre, vengono spesso utilizzati i nomi frame (frame), pacchetto (pacchetto), datagramma (datagramma).

Funzioni di livello del modello ISO/OSI

Strato fisico . Questo livello si occupa della trasmissione di bit su canali fisici, come il cavo coassiale, doppino o cavo in fibra ottica. Questo livello è correlato alle caratteristiche dei mezzi fisici di trasmissione dei dati, come la larghezza di banda, l'immunità al rumore, l'impedenza delle onde e altri. Allo stesso livello vengono determinate le caratteristiche dei segnali elettrici, come i requisiti per i fronti degli impulsi, i livelli di tensione o corrente del segnale trasmesso, il tipo di codifica e la velocità di trasmissione del segnale. Inoltre, qui vengono standardizzati i tipi di connettori e lo scopo di ciascun pin.

Le funzioni del livello fisico sono implementate in tutti i dispositivi connessi alla rete. Sul lato computer, le funzioni del livello fisico vengono eseguite da una scheda di rete o da una porta seriale.

Un esempio di protocollo di livello fisico è la specifica per la tecnologia 10Base-T Ethernet, che definisce il cavo utilizzato come un doppino intrecciato non schermato di categoria 3 con un'impedenza caratteristica di 100 ohm, un connettore RJ-45, una lunghezza massima del segmento fisico di 100 metri, un codice Manchester per rappresentare i dati su un cavo e altre caratteristiche dell'ambiente e dei segnali elettrici.

livello del canale. A livello fisico, i bit vengono semplicemente inviati. Ciò non tiene conto del fatto che in alcune reti in cui le linee di comunicazione sono utilizzate (condivise) alternativamente da più coppie di computer interagenti, il mezzo trasmissivo fisico può essere occupato. Pertanto, uno dei compiti del livello di collegamento è verificare la disponibilità del mezzo trasmissivo. Un altro compito del livello di collegamento è implementare meccanismi di rilevamento e correzione degli errori. Per fare ciò, a livello di collegamento dati, i bit vengono raggruppati in insiemi chiamati frame. Il livello di collegamento garantisce che ogni frame venga trasmesso correttamente posizionando una speciale sequenza di bit all'inizio e alla fine di ogni frame per contrassegnarlo e calcola anche un checksum sommando tutti i byte del frame in un certo modo e aggiungendo un checksum al telaio. Quando arriva un frame, il ricevitore calcola nuovamente il checksum dei dati ricevuti e confronta il risultato con il checksum del frame. Se corrispondono, il frame è considerato valido e accettato. Se i checksum non corrispondono, viene generato un errore.

I protocolli del livello di collegamento utilizzati nelle reti locali hanno una certa struttura di connessioni tra computer e modi per indirizzarli. Sebbene il livello di collegamento fornisca la consegna dei frame tra due nodi qualsiasi della rete locale, lo fa solo in una rete con una topologia di collegamento completamente definita, esattamente la topologia per la quale è stato progettato. Le comuni topologie a bus, ad anello ea stella supportate dai protocolli del livello di collegamento LAN sono comuni. Esempi di protocolli a livello di collegamento sono Protocolli ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Nelle LAN, i protocolli a livello di collegamento vengono utilizzati da computer, bridge, switch e router. Nei computer, le funzioni del livello di collegamento sono implementate dagli sforzi congiunti delle schede di rete e dei loro driver.

Nelle reti geografiche, che raramente hanno una topologia regolare, il livello di collegamento dati prevede lo scambio di messaggi tra due computer vicini collegati da una singola linea di comunicazione. Esempi di protocolli point-to-point (come vengono spesso chiamati tali protocolli) sono i protocolli PPP e LAP-B ampiamente utilizzati.

livello di rete. Questo livello serve a formare un unico sistema di trasporto che combina diverse reti con diversi principi di trasferimento delle informazioni tra i nodi finali. Considera le funzioni del livello di rete usando un esempio reti locali. Il protocollo del livello di collegamento delle reti locali garantisce la consegna dei dati tra tutti i nodi solo in una rete con un appropriato topologia tipica. Si tratta di una limitazione molto rigida che non consente di costruire reti con una struttura sviluppata, ad esempio reti che combinano diverse reti aziendali in un'unica rete o reti altamente affidabili in cui sono presenti collegamenti ridondanti tra i nodi. Al fine, da un lato, di preservare la semplicità delle procedure di trasferimento dei dati per topologie tipiche e, dall'altro, di consentire l'uso di topologie arbitrarie, viene utilizzato un ulteriore livello di rete. A questo livello viene introdotto il concetto di "rete". In questo caso, una rete è intesa come un insieme di computer interconnessi secondo una delle topologie tipiche standard e utilizzando uno dei protocolli del livello di collegamento definiti per questa topologia per il trasferimento dei dati.

Pertanto, all'interno della rete, la consegna dei dati è regolata dal livello di collegamento, ma la consegna dei dati tra le reti è gestita dal livello di rete.

Vengono chiamati i messaggi del livello di rete pacchi. Quando si organizza la consegna dei pacchetti a livello di rete, viene utilizzato il concetto "numero di rete". In questo caso, l'indirizzo del destinatario è costituito dal numero di rete e dal numero del computer su tale rete.

Le reti sono interconnesse da dispositivi speciali chiamati router. routerè un dispositivo che raccoglie informazioni sulla topologia delle interconnessioni e, sulla base di esse, inoltra i pacchetti del livello di rete alla rete di destinazione. Per trasferire un messaggio da un mittente situato in una rete ad un destinatario situato in un'altra rete, è necessario effettuare un certo numero di trasmissioni di transito (hop) tra le reti, scegliendo di volta in volta il percorso appropriato. Pertanto, un percorso è una sequenza di router attraverso i quali passa un pacchetto.

Si chiama il problema di scegliere il percorso migliore instradamento e la sua soluzione è il compito principale del livello di rete. Questo problema è aggravato dal fatto che il percorso più breve non è sempre il migliore. Spesso il criterio per la scelta di un percorso è il tempo di trasferimento dei dati lungo questo percorso, dipende dalla larghezza di banda dei canali di comunicazione e dall'intensità del traffico, che può cambiare nel tempo. Alcuni algoritmi di routing tentano di adattarsi ai cambiamenti di carico, mentre altri prendono decisioni basate su medie a lungo termine. La selezione del percorso può essere basata anche su altri criteri, come l'affidabilità della trasmissione.

Il livello di rete definisce due tipi di protocolli. Il primo tipo si riferisce alla definizione di regole per la trasmissione di pacchetti con dati di nodi finali da un nodo a un router e tra router. Sono questi i protocolli a cui si fa solitamente riferimento quando si parla di protocolli a livello di rete. Il livello di rete include anche un altro tipo di protocollo chiamato protocolli di scambio di informazioni di instradamento. I router utilizzano questi protocolli per raccogliere informazioni sulla topologia delle interconnessioni. I protocolli del livello di rete sono implementati dai moduli software del sistema operativo, nonché dal software e dall'hardware dei router.

Esempi di protocolli a livello di rete sono l'IP Internetworking Protocol dello stack TCP/IP e l'IPX Packet Internetworking Protocol dello stack Novell.

strato di trasporto. Lungo il percorso dal mittente al destinatario, i pacchetti possono essere danneggiati o persi. Mentre alcune applicazioni hanno la propria gestione degli errori, ce ne sono alcune che preferiscono gestire subito una connessione affidabile. Il compito del livello di trasporto è garantire che le applicazioni oi livelli superiori dello stack (applicazione e sessione) trasferiscano i dati con il grado di affidabilità richiesto. Il modello OSI definisce cinque classi di servizio fornite dal livello di trasporto. Questi tipi di servizi si differenziano per la qualità dei servizi forniti: urgenza, capacità di ripristinare le comunicazioni interrotte, disponibilità di funzionalità di multiplexing per connessioni multiple tra diversi protocolli applicativi attraverso un protocollo di trasporto comune e, soprattutto, capacità di rilevare e correggere errori di trasmissione, come distorsione, perdita e duplicazione dei pacchetti.

La scelta della classe di servizio del livello di trasporto è determinata, da un lato, dalla misura in cui il compito di garantire l'affidabilità è risolto dalle applicazioni stesse e dai protocolli superiori ai livelli di trasporto, e dall'altro, questo la scelta dipende dall'affidabilità dell'intero sistema di trasporto dei dati online. Quindi, ad esempio, se la qualità dei canali di comunicazione è molto elevata e la probabilità che si verifichino errori non rilevati dai protocolli di livello inferiore è ridotta, è ragionevole utilizzare uno dei servizi di livello di trasporto leggero che non sono gravati da numerosi controlli, handshaking e altri metodi per migliorare l'affidabilità. Se inizialmente i veicoli sono molto inaffidabili, è consigliabile rivolgersi al servizio di livello di trasporto più sviluppato che funziona utilizzando i mezzi massimi per rilevare ed eliminare gli errori - utilizzando la creazione preliminare di una connessione logica, il controllo della consegna dei messaggi utilizzando checksum e numerazione round-robin dei pacchetti, impostazione dei timeout di consegna e simili.

Di norma, tutti i protocolli, a partire dal livello di trasporto e oltre, sono implementati dal software dei nodi finali della rete, componenti dei loro sistemi operativi di rete. Esempi di protocolli di trasporto includono i protocolli TCP e UDP dello stack TCP/IP e il protocollo SPX dello stack Novell.

livello di sessione. Il livello di sessione fornisce il controllo della conversazione per tenere traccia di quale lato è attualmente attivo e fornisce anche un mezzo di sincronizzazione. Questi ultimi permettono di inserire dei checkpoint nei lunghi trasferimenti in modo che in caso di fallimento si possa tornare all'ultimo checkpoint, invece di ricominciare tutto da capo. In pratica, poche applicazioni utilizzano il livello di sessione ed è raramente implementato.

Livello di presentazione. Questo livello garantisce che le informazioni trasmesse dal livello dell'applicazione saranno comprese dal livello dell'applicazione in un altro sistema. Se necessario, il livello di presentazione esegue la trasformazione dei formati di dati in un formato di presentazione comune e alla ricezione, di conseguenza, esegue la trasformazione inversa. Pertanto, i livelli applicativi possono superare, ad esempio, le differenze sintattiche nella rappresentazione dei dati. A questo livello è possibile eseguire la crittografia e decrittografia dei dati, grazie alla quale la segretezza dello scambio dei dati è assicurata immediatamente per tutti i servizi applicativi. Un esempio di protocollo che opera a livello di presentazione è il protocollo SSL (Secure Socket Layer), che fornisce messaggistica sicura per i protocolli a livello di applicazione dello stack TCP/IP.

Livello di applicazione. Il livello dell'applicazione è in realtà solo un insieme di vari protocolli mediante i quali gli utenti della rete accedono a risorse condivise come file, stampanti o pagine Web ipertestuali e organizzano la loro collaborazione, ad esempio utilizzando il protocollo di posta elettronica. Di solito viene chiamata l'unità di dati su cui opera il livello dell'applicazione Messaggio.

Esiste un'ampia varietà di protocolli a livello di applicazione. Ecco alcuni esempi delle implementazioni più comuni dei servizi di file: NCP nel sistema operativo Novell NetWare, SMB in Microsoft Windows NT, NFS, FTP e TFTP, che fanno parte dello stack TCP/IP.

Il modello OSI, sebbene molto importante, è solo uno dei tanti modelli di comunicazione. Questi modelli e i loro stack di protocollo associati possono differire nel numero di livelli, nelle loro funzioni, nei formati dei messaggi, nei servizi forniti ai livelli superiori e in altri parametri.

Il modello è composto da 7 livelli situati uno sopra l'altro. I livelli interagiscono tra loro (verticalmente) tramite interfacce e possono interagire con un livello parallelo di un altro sistema (orizzontalmente) tramite protocolli. Ogni livello può interagire solo con i suoi vicini ed eseguire funzioni assegnate solo ad esso. Maggiori dettagli possono essere visti nella figura.

Livello di applicazione (Applicazione) (eng. strato di applicazione)

Il livello superiore (7°) del modello fornisce l'interazione tra la rete e l'utente. Il livello consente alle applicazioni utente di accedere ai servizi di rete come il gestore delle query del database, l'accesso ai file, l'inoltro della posta elettronica. È anche responsabile del trasferimento delle informazioni di servizio, fornisce alle applicazioni informazioni sugli errori e genera richieste a livello di presentazione. Esempio: POP3, FTP.

Esecutivo (livello di presentazione) livello di presentazione)

Questo livello è responsabile della conversione del protocollo e della codifica/decodifica dei dati. Converte le richieste delle applicazioni ricevute dal livello dell'applicazione in un formato per la trasmissione sulla rete e converte i dati ricevuti dalla rete in un formato comprensibile dalle applicazioni. A questo livello è possibile eseguire la compressione/decompressione o la codifica/decodifica dei dati, nonché reindirizzare le richieste a un'altra risorsa di rete se non possono essere elaborate localmente.

Il livello 6 (rappresentazioni) del modello di riferimento OSI è solitamente un protocollo intermedio per convertire le informazioni dai livelli vicini. Ciò consente lo scambio tra applicazioni su dissimili sistemi informatici trasparente alle applicazioni. Il livello di presentazione fornisce la formattazione e la trasformazione del codice. La formattazione del codice viene utilizzata per garantire che l'applicazione riceva informazioni per l'elaborazione che ha senso per essa. Se necessario, questo livello può tradurre da un formato di dati a un altro. Il livello di presentazione si occupa non solo dei formati e della presentazione dei dati, ma anche delle strutture di dati utilizzate dai programmi. Pertanto, il livello 6 provvede all'organizzazione dei dati durante il loro trasferimento.

Per capire come funziona, immagina che ci siano due sistemi. Uno utilizza un formato esteso per rappresentare i dati. codice binario Scambio di informazioni ASCII (utilizzato dalla maggior parte degli altri produttori di computer). Se questi due sistemi devono scambiarsi informazioni, è necessario un livello di presentazione per eseguire la trasformazione e tradurre tra i due diversi formati.

Un'altra funzione eseguita a livello di presentazione è la crittografia dei dati, utilizzata nei casi in cui è necessario proteggere le informazioni trasmesse dalla ricezione da parte di destinatari non autorizzati. Per eseguire questa attività, i processi e il codice a livello di vista devono eseguire trasformazioni dei dati. A questo livello esistono altre subroutine che comprimono i testi e convertono le immagini grafiche in bitstream in modo che possano essere trasmesse in rete.

Gli standard a livello di presentazione definiscono anche il modo in cui vengono presentati i grafici. A tale scopo è possibile utilizzare il formato PICT, un formato immagine utilizzato per trasferire la grafica QuickDraw tra programmi per computer Macintosh e PowerPC. Un altro formato di rappresentazione è il formato di file immagine JPEG con tag.

Esiste un altro gruppo di standard a livello di presentazione che definiscono la presentazione di suoni e filmati. Questi includono l'interfaccia per strumenti musicali elettronici MPEG utilizzata per comprimere e codificare video CD-ROM, archiviarli digitalmente e trasmettere a velocità fino a 1,5 Mbps e livello di sessione)

Il 5° livello del modello è responsabile del mantenimento della sessione di comunicazione, consentendo alle applicazioni di interagire tra loro per lungo tempo. Il livello gestisce la creazione/terminazione della sessione, lo scambio di informazioni, la sincronizzazione delle attività, la determinazione del diritto al trasferimento dei dati e il mantenimento della sessione durante i periodi di inattività dell'applicazione. La sincronizzazione della trasmissione viene fornita inserendo nel flusso di dati punti di controllo, a partire da cui il processo viene ripreso se l'interazione viene violata.

Lo strato di trasporto strato di trasporto)

Il 4° livello del modello è progettato per fornire dati senza errori, perdite e duplicazioni nella sequenza in cui sono stati trasmessi. Allo stesso tempo, non importa quali dati vengono trasferiti, da dove e dove, cioè fornisce il meccanismo di trasmissione stesso. Divide i blocchi di dati in frammenti, la cui dimensione dipende dal protocollo, combina quelli corti in uno e divide quelli lunghi. I protocolli di questo livello sono progettati per l'interazione punto-punto. Esempio: UDP.

Esistono molte classi di protocolli del livello di trasporto, che vanno dai protocolli che forniscono solo funzioni di trasporto di base (ad esempio, funzioni di trasferimento dati senza riconoscimento), ai protocolli che assicurano che più pacchetti di dati vengano consegnati alla destinazione nella sequenza corretta, multiplexing di più dati flussi, fornire un meccanismo di controllo del flusso di dati e garantire la validità dei dati ricevuti.

Alcuni protocolli a livello di rete, chiamati protocolli senza connessione, non garantiscono che i dati vengano consegnati a destinazione nell'ordine in cui sono stati inviati dal dispositivo di origine. Alcuni livelli di trasporto si occupano di questo raccogliendo i dati nell'ordine corretto prima di passarli al livello di sessione. Multiplexing (multiplexing) dei dati significa che il livello di trasporto è in grado di elaborare contemporaneamente più flussi di dati (i flussi possono provenire anche da varie applicazioni) tra i due sistemi. Un meccanismo di controllo del flusso è un meccanismo che consente di regolare la quantità di dati trasferiti da un sistema all'altro. I protocolli del livello di trasporto hanno spesso la funzione di controllo della consegna dei dati, costringendo il sistema che riceve i dati a inviare conferme al lato trasmittente che i dati sono stati ricevuti.

Il livello di rete livello di rete)

Il terzo livello del modello di rete OSI è progettato per determinare il percorso di trasferimento dei dati. Responsabile della traduzione di indirizzi e nomi logici in quelli fisici, determinazione dei percorsi più brevi, commutazione e instradamento, monitoraggio dei problemi di rete e congestione. Un dispositivo di rete come un router opera a questo livello.

I protocolli a livello di rete instradano i dati dall'origine alla destinazione e possono essere suddivisi in due classi: protocolli senza connessione e senza connessione.

È possibile descrivere il funzionamento dei protocolli con l'istituzione di una connessione utilizzando l'esempio di un telefono convenzionale. I protocolli di questa classe iniziano la trasmissione dei dati richiamando o impostando il percorso dei pacchetti dall'origine alla destinazione. Dopodiché viene avviato il trasferimento seriale dei dati e quindi, al termine del trasferimento, la connessione viene disconnessa.

I protocolli senza connessione che inviano dati contenenti informazioni complete sull'indirizzo in ciascun pacchetto funzionano in modo simile. sistema postale. Ogni lettera o pacco contiene l'indirizzo del mittente e del destinatario. Successivamente, ogni ufficio postale intermedio o dispositivo di rete legge le informazioni sull'indirizzo e prende una decisione sull'instradamento dei dati. Una lettera o un pacchetto di dati viene trasmesso da un dispositivo intermedio a un altro finché non viene consegnato al destinatario. I protocolli senza connessione non garantiscono che le informazioni arrivino al destinatario nell'ordine in cui sono state inviate. I protocolli di trasporto sono responsabili dell'impostazione dei dati nell'ordine appropriato quando si utilizzano protocolli di rete senza connessione.

Livello di collegamento livello di collegamento dati)

Questo livello è progettato per garantire l'interazione delle reti a livello fisico e controllare gli errori che possono verificarsi. Impacchetta i dati ricevuti dal livello fisico in frame, verifica l'integrità, corregge gli errori se necessario (invia una richiesta ripetuta per un frame danneggiato) e li invia al livello di rete. Il livello di collegamento può interagire con uno o più livelli fisici, controllando e gestendo questa interazione. La specifica IEEE 802 suddivide questo livello in 2 sottolivelli: MAC (Media Access Control) regola l'accesso al supporto fisico condiviso, LLC (Logical Link Control) fornisce un servizio a livello di rete.

In programmazione, questo livello rappresenta il driver della scheda di rete; nei sistemi operativi, esiste un'interfaccia software per l'interazione dei livelli di canale e di rete tra loro, questo non è nuovo livello, ma solo un'implementazione specifica del sistema operativo del modello. Esempi di tali interfacce: ODI,

Lo strato fisico strato fisico)

Il livello più basso del modello è destinato direttamente al trasferimento del flusso di dati. Effettua la trasmissione di segnali elettrici o ottici a un cavo o radio etereo e, di conseguenza, la loro ricezione e conversione in bit di dati secondo i metodi di codifica dei segnali digitali. In altre parole, fornisce un'interfaccia tra un operatore di rete e un dispositivo di rete.

Fonti

• Alexander Filimonov Costruire reti Ethernet multiservizio, bhv, 2007 ISBN 978-5-9775-0007-4
• Guida alla tecnologia di rete unificata //sistemi Cisco, 4a edizione, Williams 2005 ISBN 584590787X

Fondazione Wikimedia. 2010 .

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Caratteristiche generali del modello OSI

A causa del prolungato sviluppo dei protocolli OSI, il principale stack di protocolli attualmente in uso è il TCP/IP, sviluppato prima dell'adozione del modello OSI e fuori contatto con esso.

Alla fine degli anni '70, il mondo lo aveva già fatto un gran numero di stack di protocolli di comunicazione proprietari, come stack popolari come DECnet, TCP/IP e SNA. Una tale varietà di strumenti di interworking ha portato alla ribalta il problema dell'incompatibilità tra dispositivi che utilizzano protocolli diversi. Uno dei modi per risolvere questo problema in quel momento era visto come una transizione generale a un unico stack di protocollo comune per tutti i sistemi, creato tenendo conto delle carenze degli stack esistenti. Questo approccio accademico alla creazione di un nuovo stack è iniziato con lo sviluppo del modello OSI e ha richiesto sette anni (dal 1977 al 1984). Lo scopo del modello OSI è quello di fornire una rappresentazione generalizzata dei mezzi di networking. È stato sviluppato come una sorta di linguaggio universale per gli specialisti di rete, motivo per cui è chiamato il modello di riferimento Nel modello OSI, i mezzi di interazione sono suddivisi in sette livelli: applicazione, presentazione, sessione, trasporto, rete, collegamento dati e fisico. Ogni livello si occupa di un aspetto molto specifico di come interagiscono i dispositivi di rete.

Le applicazioni possono implementare i propri protocolli di interazione utilizzando un insieme multilivello di strumenti di sistema per questi scopi. A tale scopo, ai programmatori viene fornita un'interfaccia di programmazione dell'applicazione (Application Program Interface, API). Secondo lo schema ideale del modello OSI, un'applicazione può effettuare richieste solo al livello più alto: il livello dell'applicazione, tuttavia, in pratica, molti stack di protocolli di comunicazione consentono ai programmatori di accedere direttamente ai servizi o ai servizi situati al di sotto dei livelli. Ad esempio, alcuni DBMS dispongono di strumenti integrati accesso remoto ai file. In questo caso l'applicazione, quando accede alle risorse remote, non utilizza il servizio file di sistema; bypassa i livelli superiori del modello OSI e si rivolge direttamente agli strumenti di sistema responsabili del trasporto dei messaggi sulla rete, che si trovano ai livelli inferiori del modello OSI. Supponiamo quindi che un'applicazione host A desideri interagire con un'applicazione host B. Per fare ciò, l'applicazione A invia una richiesta al livello dell'applicazione, ad esempio un servizio file. Sulla base di questa richiesta, il software del livello applicativo genera un messaggio in un formato standard. Ma per consegnare queste informazioni a destinazione, ci sono ancora molti compiti da risolvere, la cui responsabilità ricade sui livelli inferiori. Dopo che il messaggio è stato generato, il livello dell'applicazione lo inserisce nello stack fino al livello di presentazione. Il protocollo del livello di presentazione, basato sulle informazioni ricevute dall'intestazione del messaggio a livello dell'applicazione, esegue le azioni richieste e aggiunge le proprie informazioni di servizio al messaggio: l'intestazione del livello di presentazione, che contiene le istruzioni per il protocollo del livello di presentazione della macchina di destinazione. Il messaggio risultante viene passato al livello di sessione, che, a sua volta, aggiunge la propria intestazione, ecc. (Alcune implementazioni del protocollo collocano le informazioni di servizio non solo all'inizio del messaggio sotto forma di intestazione, ma anche alla fine sotto forma di un cosiddetto trailer.) Infine, il messaggio raggiunge il livello inferiore, fisico, che, appunto, lo trasmette attraverso le linee di comunicazione alla macchina di destinazione. A questo punto, il messaggio è "ricoperto" di titoli di tutti i livelli.

Il livello fisico mette il messaggio sull'interfaccia di uscita fisica del computer 1 e inizia il suo "viaggio" attraverso la rete (fino a questo punto, il messaggio è stato trasferito da un livello all'altro all'interno del computer 1). Quando un messaggio arriva sulla rete all'interfaccia di input del computer 2, viene ricevuto dal suo livello fisico e si sposta sequenzialmente da un livello all'altro. Ogni livello analizza ed elabora l'intestazione del proprio livello, eseguendo le funzioni appropriate, quindi rimuove questa intestazione e passa il messaggio al livello superiore. Come si può vedere dalla descrizione, le entità protocollo dello stesso livello non comunicano direttamente tra loro, gli intermediari partecipano sempre a questa comunicazione - i mezzi dei protocolli dei livelli inferiori. E solo i livelli fisici dei vari nodi interagiscono direttamente.

Livelli del modello OSI

In letteratura, è più comune iniziare a descrivere i livelli del modello OSI dal settimo livello, chiamato livello dell'applicazione, a cui le applicazioni utente accedono alla rete. Il modello OSI termina con il 1° livello - fisico, che definisce gli standard richiesti dai produttori indipendenti per i supporti di trasmissione dati:

• tipo di mezzo trasmissivo (cavo in rame, fibra ottica, radio, ecc.),
• tipo di modulazione del segnale,
• livelli di segnale degli stati logici discreti (zero e uno).

Qualsiasi protocollo del modello OSI deve interagire con i protocolli del suo livello o con i protocolli uno sopra e / o sotto il suo livello. Le interazioni con i protocolli al loro livello sono chiamate orizzontali e quelle con livelli uno superiore o inferiore sono chiamate verticali. Qualsiasi protocollo del modello OSI può eseguire solo le funzioni del suo livello e non può eseguire le funzioni di un altro livello, che non viene eseguito nei protocolli di modelli alternativi.

Ogni livello, con un certo grado di convenzionalità, ha il proprio operando - un elemento di dati logicamente indivisibile che può essere operato su un livello separato all'interno della struttura del modello e dei protocolli utilizzati: a livello fisico, l'unità più piccola è un po' , a livello di collegamento dati le informazioni vengono combinate in frame, a livello di rete - in pacchetti ( datagrammi), sul trasporto - in segmenti. Qualsiasi pezzo di dati combinato logicamente per la trasmissione - un frame, un pacchetto, un datagramma - è considerato un messaggio. Sono i messaggi in forma generale che sono gli operandi dei livelli di sessione, presentazione e applicazione.

Le tecnologie di rete sottostanti includono i livelli fisico e di collegamento.

Livello di applicazione

Livello applicazione (livello applicazione; livello applicazione) - il livello superiore del modello che garantisce l'interazione delle applicazioni utente con la rete:

• consente alle applicazioni di utilizzare i servizi di rete:
  • accesso remoto a file e database,
  • inoltro di posta elettronica;
• responsabile del trasferimento delle informazioni di servizio;
• fornisce alle applicazioni informazioni sugli errori;
• genera richieste al livello di presentazione.

Protocolli a livello di applicazione: RDP, HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, XMPP, OSCAR, Modbus, SIP, TELNET e altri.

Livello di presentazione

Il livello di presentazione (livello di presentazione) fornisce la conversione del protocollo e la codifica/decodifica dei dati. Le richieste di applicazione ricevute dal livello dell'applicazione vengono convertite in un formato per la trasmissione sulla rete al livello di presentazione ei dati ricevuti dalla rete vengono convertiti nel formato dell'applicazione. A questo livello è possibile eseguire compressione/decompressione o crittografia/decrittografia, nonché reindirizzare le richieste a un'altra risorsa di rete se non possono essere elaborate localmente.

Il livello di presentazione è solitamente un protocollo intermedio per trasformare le informazioni dai livelli vicini. Ciò consente la comunicazione tra applicazioni su sistemi di computer diversi in modo trasparente per le applicazioni. Il livello di presentazione fornisce la formattazione e la trasformazione del codice. La formattazione del codice viene utilizzata per garantire che l'applicazione riceva informazioni per l'elaborazione che ha senso per essa. Se necessario, questo livello può tradurre da un formato di dati a un altro.

Il livello di presentazione si occupa non solo dei formati e della presentazione dei dati, ma anche delle strutture di dati utilizzate dai programmi. Pertanto, il livello 6 provvede all'organizzazione dei dati durante il loro trasferimento.

Per capire come funziona, immagina che ci siano due sistemi. Uno utilizza l'EBCDIC Extended Binary Information Interchange Code, come il mainframe IBM, per la rappresentazione dei dati, e l'altro utilizza l'American Standard ASCII Information Interchange Code (utilizzato dalla maggior parte degli altri produttori di computer). Se questi due sistemi devono scambiarsi informazioni, è necessario un livello di presentazione per eseguire la trasformazione e tradurre tra i due diversi formati.

Un'altra funzione eseguita a livello di presentazione è la crittografia dei dati, che viene utilizzata nei casi in cui è necessario proteggere le informazioni trasmesse dall'accesso da parte di destinatari non autorizzati. Per eseguire questa attività, i processi e il codice a livello di vista devono eseguire trasformazioni dei dati. A questo livello esistono altre subroutine che comprimono i testi e convertono le immagini grafiche in bitstream in modo che possano essere trasmesse in rete.

Gli standard a livello di presentazione definiscono anche il modo in cui vengono presentati i grafici. A tale scopo è possibile utilizzare il formato PICT, un formato immagine utilizzato per trasferire la grafica QuickDraw tra programmi.

Un altro formato di visualizzazione è il formato file con tag. Immagini TIFF, utilizzato in genere per le bitmap ad alta risoluzione. Il prossimo livello di presentazione standard che può essere utilizzato per la grafica è quello sviluppato dal Joint Photographic Expert Group; nell'uso quotidiano, questo standard è semplicemente indicato come JPEG.

Esiste un altro gruppo di standard a livello di presentazione che definiscono la presentazione di suoni e filmati. Ciò include la Musical Instrument Digital Interface (MIDI) per la rappresentazione digitale della musica, sviluppata dal Motion Picture Experts Group, lo standard MPEG utilizzato per comprimere e codificare i video su CD, archiviarli digitalmente e trasmetterli a velocità fino a 1,5 Mbps, e QuickTime è uno standard che descrive gli elementi audio e video per i programmi in esecuzione su computer Macintosh e PowerPC.

Protocolli del livello di presentazione: 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 .

livello di sessione

Il livello di sessione del modello mantiene una sessione di comunicazione, consentendo alle applicazioni di interagire tra loro per lungo tempo. Il livello gestisce la creazione/terminazione della sessione, lo scambio di informazioni, la sincronizzazione delle attività, la determinazione del diritto al trasferimento dei dati e il mantenimento della sessione durante i periodi di inattività dell'applicazione.

Protocolli di sessione: 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 ( Internet Storage Name Service), L2F (Layer 2 Forwarding Protocol), L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol), NetBIOS (Network Basic Input Output System), PAP (Password Authentication Protocol), PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), 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 Protoco]) .

strato di trasporto

Il livello di trasporto (livello di trasporto) del modello è progettato per garantire un trasferimento affidabile dei dati dal mittente al destinatario. Allo stesso tempo, il livello di affidabilità può variare su un'ampia gamma. Esistono molte classi di protocolli del livello di trasporto, che vanno dai protocolli che forniscono solo funzioni di trasporto di base (ad esempio, funzioni di trasferimento dati senza riconoscimento), ai protocolli che assicurano che più pacchetti di dati vengano consegnati alla destinazione nella sequenza corretta, multiplexing di più dati flussi, fornire un meccanismo di controllo del flusso di dati e garantire la validità dei dati ricevuti. Ad esempio, UDP è limitato al controllo dell'integrità dei dati all'interno di un singolo datagramma e non esclude la possibilità di perdere l'intero pacchetto o duplicare i pacchetti, violando l'ordine in cui sono stati ricevuti i pacchetti di dati; TCP fornisce una trasmissione dati continua affidabile, escludendo la perdita di dati o la violazione dell'ordine del loro arrivo o duplicazione, può ridistribuire i dati suddividendo grandi porzioni di dati in frammenti e viceversa incollando frammenti in un unico pacchetto.

Protocolli del livello di trasporto: 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).

livello di rete

Il livello di rete (lang-en|livello di rete) del modello è progettato per determinare il percorso di trasferimento dei dati. Responsabile della traduzione di indirizzi e nomi logici in quelli fisici, determinazione dei percorsi più brevi, commutazione e instradamento, problemi di monitoraggio e "congestione" nella rete.

I protocolli a livello di rete instradano i dati da un'origine a una destinazione. I dispositivi (router) che operano a questo livello sono chiamati condizionatamente dispositivi di terzo livello (in base al numero di livello nel modello OSI).

Protocolli a livello di rete: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange), X.25 (parzialmente implementato a livello 2), CLNP (protocollo di rete senza connessione), IPsec (sicurezza del protocollo Internet). Protocolli di routing - RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Livello di collegamento

Il livello di collegamento (livello di collegamento dati) è progettato per garantire l'interazione delle reti a livello fisico e controllare gli errori che possono verificarsi. Impacchetta i dati ricevuti dal livello fisico, rappresentati in bit, in frame, ne verifica l'integrità e, se necessario, corregge gli errori (forma una richiesta ripetuta per un frame danneggiato) e li invia al livello di rete. Il livello di collegamento può interagire con uno o più livelli fisici, controllando e gestendo questa interazione.

La specifica IEEE 802 suddivide questo livello in due sottolivelli: MAC (Media Access Control) regola l'accesso a un supporto fisico condiviso, LLC (logical link control) fornisce un servizio a livello di rete.

Switch, bridge e altri dispositivi funzionano a questo livello. Si dice che questi dispositivi utilizzino l'indirizzamento di livello 2 (per numero di livello nel modello OSI).

Protocolli a livello di collegamento: ARCnet, ATM (Asynchronous Transfer Mode), 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 (fornisce funzioni LLC ai livelli MAC IEEE 802), Link Access Procedures, D channel (LAPD), IEEE 802.11 wireless LAN, LocalTalk, Multiprotocol Label Switching (MPLS), Point-to-Point Protocol (PPP), protocollo punto a punto su Ethernet(PPPoE), StarLan, Token ring, Rilevamento collegamento unidirezionale (UDLD), x.25]], ARP.

Nella programmazione, questo livello rappresenta il driver della scheda di rete; nei sistemi operativi, esiste un'interfaccia software per l'interazione tra i livelli di canale e di rete. Questo non è un nuovo livello, ma semplicemente un'implementazione del modello per un sistema operativo specifico. Esempi di tali interfacce: ODI, NDIS, UDI.

Strato fisico

Livello fisico (livello fisico): il livello inferiore del modello, che determina il metodo di trasferimento dei dati presentati forma binaria, da un dispositivo (computer) a un altro. Varie organizzazioni sono coinvolte nella compilazione di tali metodi, tra cui: l'Institute of Electrical and Electronics Engineers, l'Electronic Industry Alliance, l'European Telecommunications Standards Institute e altri. Effettuare la trasmissione di segnali elettrici o ottici via cavo o via radio e, di conseguenza, la loro ricezione e conversione in bit di dati secondo metodi di codifica segnali digitali.

Anche gli hub]], i ripetitori di segnale e i media converter funzionano a questo livello.

Le funzioni del livello fisico sono implementate su tutti i dispositivi connessi alla rete. Sul lato computer, le funzioni del livello fisico vengono eseguite da una scheda di rete o da una porta seriale. Il livello fisico si riferisce alle interfacce fisiche, elettriche e meccaniche tra due sistemi. Il livello fisico definisce tali tipi di supporti di trasmissione dati come fibra ottica, doppino intrecciato, cavo coassiale, collegamento dati satellitare, ecc. I tipi standard di interfacce di rete relativi al livello fisico sono:)