Модель OSI и протоколы IEEE 802

Модель OSI

В модели OSI/ISO сетевые функции распределены между семью уровнями.

Уровень Наименование ФУНКЦИЯ

1 Физический Собственно кабель или физический носитель

2 Канальный Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов

3 Сетевой Маршрутизация и ведение учета

4 Транспортный Обеспечение корректной сквозной пересылки данных

5 Сеансовый Аутентификация и проверка полномочий

6 Представления данных Интерпретация и сжатие данных

7 Прикладной Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, регистрация и т.д.

В числе "семь" нет ничего магического, просто в разработке Эталонной модели участвовали семь комитетов, и для каждого из них был создан один уровень. Схема OSI - не просто абстрактная модель; ее сопровождает реальный набор "стандартных" протоколов. Создание системы OSI началось в первой половине 80-х годов и растянулось на многие годы. Пока комитеты ISO спорили о своих стандартах, за их спиной менялась вся концепция организации сетей и по всему миру внедрялся протокол TCP/IP.

Эталонная модель OSI, иногда называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization - ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2 различных модели:

горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах
вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.

Рисунок 1 Модель OSI

Уровень 1, физический

Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включаютя:

Тип кабелей и разъемов
Разводку контактов в разъемах
Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1

К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного интерфейса.
EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.
IEEE 802.3 -- Ethernet
IEEE 802.5 -- Token ring

Уровень 2, канальный

Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.

Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:

HDLC для последовательных соединений
IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x
Ethernet
Token ring
FDDI
X.25
Frame relay

Уровень 3, сетевой

Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

IP - протокол Internet
IPX - протокол межсетевого обмена
X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)
CLNP - сетевой протокол без организации соединений

Уровень 4, транспортный

Транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

TCP - протокол управления передачей
NCP - Netware Core Protocol
SPX - упорядоченный обмен пакетами
TP4 - протокол передачи класса 4

Уровень 5, сеансовый

Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.

Уровень 6, уровень представления

Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.

Уровень 7, прикладной

Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.

К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:

FTP - протокол переноса файлов
TFTP - упрощенный протокол переноса файлов
X.400 - электронная почта
Telnet
SMTP - простой протокол почтового обмена
CMIP - общий протокол управления информацией
SNMP - простой протокол управления сетью
NFS - сетевая файловая система
FTAM - метод доступа для переноса файлов

Протоколы IEEE 802

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) является профессиональной организацией (США), определяющей стандарты, связанные с сетями и другими аспектами электронных коммуникаций. Группа IEEE 802.X содержит описание сетевых спецификаций и содержит стандарты, рекомендации и информационные документы для сетей и телекоммуникаций.

Публикации IEEE являются результатом работы различных технических, исследовательских и рабочих групп.

Рекомендации IEEE связаны главным образом с 2 нижними уровнями модели OSI - физическим и канальным. Эти рекомендации делят канальный уровень на 2 подуровня нижний - MAC (управление доступом к среде) и верхний - LLC (управление логическим каналом).

Часть стандартов IEEE (802.1 - 802.11) была адаптирована ISO (8801-1 - 8802-11, соответственно), получив статус международных стандартов. В литературе, однако, гораздо чаще упоминаются исходные стандарты, а не международные (IEEE 802.3, а не ISO/IEC 8802-3).

Ниже приведено краткое описание стандартов IEEE 802.X:

802.1 - задает стандарты управления сетью на MAC-уровне, включая алгоритм Spanning Tree. Этот алгоритм используется для обеспечения единственности пути (отсутствия петель) в многосвязных сетях на основе мостов и коммутаторов с возможностью его замены альтернативным путем в случае выхода из строя. Документы также содержат спецификации сетевого управления и межсетевого взаимодействия.
802.2 - определяет функционирование подуровня LLC на канальном уровне модели OSI. LLC обеспечивает интерфейс между методами доступа к среде и сетевым уровнем. Прозрачные для вышележащих уровней функции LLC включают кадрирование, адресацию, контроль ошибок. Этот подуровень используется в спецификации 802.3 Ethernet, но не включен в спецификацию Ethernet II.
802.3 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с немодулированной передачей (baseband networks), использующих шинную топологию и метод доступа CSMA/CD. Этот стандарт был разработан совместно с компаниями Digital, Intel, Xerox и весьма близок к стандарту Ethernet. Однако стандарты Ethernet II и IEEE 802.3 не полностью идентичны и для обеспечения совместимости разнотипных узлов требуется применять специальные меры. 802.3 также включает технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl).
802.5 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с кольцевой топологией и передачей маркеров. Этому стандарту соответствуют сети IBM Token Ring 4/16 Мбит/с.
802.8 - отчет TAG по оптическим сетям. Документ содержит обсуждение использования оптических кабелей в сетях 802.3 - 802.6, а также рекомендации по установке оптических кабельных систем.
802.9 - отчет рабочей группы по интеграции голоса и данных (IVD). Документ задает архитектуру и интерфейсы устройств для одновременной передачи данных и голоса по одной линии. Стандарт 802.9, принятый в 1993 году, совместим с ISDN и использует подуровень LLC, определенный в 802.2, а также поддерживает кабельные системы UTP (неэкранированные кабели из скрученных пар).
802.10 - в этом отчете рабочей группы по безопасности ЛВС рассмотрены вопросы обмена данными, шифрования, управления сетями и безопасности в сетевых архитектурах, совместимых с моделью OSI.
802.11 - имя рабочей группы, занимающейся спецификацийе 100BaseVG Ethernet 100BaseVG. Комитет 802.3, в свою очередь, также предложил спецификации для Ethernet 100 Мбит/с

Отметим, что работа комитета 802.2 послужила базой для нескольких стандартов (802.3 - 802.6, 802.12). Отдельные комитеты (802.7 - 802.11) выполняют в основном информационные функции для комитетов, связанных с сетевыми архитектурами.

Отметим также, что разные комитеты 802.X задают разный порядок битов при передаче. Например, 802.3 (CSMA/CD) задает порядок LSB, при котором передается сначала наименее значимый бит (младший разряд), 802.5 (token ring) использует обратный порядок - MSB, как и ANSI X3T9.5 - комитет, отвечающий за архитектурные спецификации FDDI. Эти два варианта порядка передачи известны как "little-endian" (канонический) и "big-endian" (некононический), соответственно. Эта разница в порядке передачи имеет существенное значение для мостов и маршрутизаторов, связывающих различные сети.

Международный телекоммуникационный союз (ITU)

ITU представляет собой международную организацию в области стандартизации при ООН, ответственную за разработку стандартов для телекоммуникационного оборудования и услуг.

ITU включает три подразделения:

ITU-T (телекоммуникационный сектор, ранее Международный консультативный комитет по телефонной и телеграфной связи - CCITT) отвечает за коммуникационные стандарты. Эта группа является наиболее активным разработчиком стандартов в сфере передачи данных по сетям.
CCIR - международный консультативный комитет по радиосвязи.
IFRB - международный комитет по регистрации частот, отвечающий за выделение радиочастот для телекоммуникаций.

Ниже приведен список наиболее распространенных стандартов ITU:

V.11 - электрические характеристики сбалансированных устройств при скоростях до 10 Мбит/с. Совместим с RS-422.
V.22 - работа синхронных и асинхронных модемов по выделенным и коммутируемым линиям при скоростях до 1200 бит/с.
V.22bis - работа синхронных и асинхронных модемов по выделенным и коммутируемым линиям при скоростях до 2400 бит/с с возможностью снижения до 1200 бит/с.
V.24 - устройства физического обмена данными для подключения компьютерного оборудования. RS-232D является частью V.24. V.28 определяет электрические параметры устройства.
V.25bis - процедура автоматических звонков (соединений) и ответа, реализующая командный протокол, подобный набору команд Hayes AT, но ориентированных на поддержку систем международной связи.
V.28 - электрические характеристики несбалансированного устройтсва обмена, используемого совместно с физическим устройством V.24. Напряжение от 5 до 15 В определяет двоичный 0; от -5 до -15 - двоичную 1. Стандарт совместим с RS-232D.
V.32 - работа синхронных и асинхронных модемов по выделенным и коммутируемым линиям при скоростях до 9600 и 4800 бит/с.
V.32ter - версия стандарта V.32, предложенная AT&T для скорости 19200 бит/с с возможностью снижения до максимальной поддерживаемой линией и устройствами скорости.
V.32 bis - работа синхронных и асинхронных модемов по выделенным и коммутируемым линиям при скоростях до 14400 бит/сс возможностью снижения до максимальной поддерживаемой линией и устройствами скорости.
V.35 - физическое устройство обмена данными для подключения компьютерного оборудования при скоростях до 48 Кбит/с взамен устаревших V.36 и V.37. Сейчас V.35 является базовым термином для описания физического соединения и электрических параметров при скоростях до 2 Мбит/с.
V.42 - Стандарт CCITT для контроля ошибок при связи асинхронных модемов. Определяет протокол LAP-M.
V.42bis - Стандарт CCITT для встроенного в модемы протокола коррекции ошибок и компрессии данных.
V.34 - работа синхронных и асинхронных модемов по выделенным и коммутируемым линиям при скоростях до 28800 бит/с.

Другие стандарты

Американский национальный институт стандартов (ANSI)

Представляет США в ISO. К числу наиболее важных стандартов ANSI относится FDDI.

ATM Forum

Некоммерческая организация (консорциум), задачей которой является обеспечение интероперабельности оборудования на базе международных стандартов и обеспечение кооперации производителей оборудования. К числу наиболее важных стандартов ATM Forum относятся:

Эмуляция ЛВС (ATM LAN Emulation v. 1.0)
Спецификация основанного на кадрах взаимодействия пользователь-сеть (FUNI)
UNI 3.0, 3.1 и 4.0

Ассоциация электронной промышленности (EIA)

Наиболее важные стандарты EIA:

Интерфейс RS-232D
Кабельные системы EIA/TIA-568

Приведенная в документе техническая информация может быть изменена без предупреждения.