Модель OSI

Эталонные модели сети
Эталонные модели организации сети:
Какие уровни должны быть
Какие функции должны выполняться на каждом уровне
Модель OSI
Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI)
Принята в качестве стандарта Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1983 году

Физический уровень
Передача потока бит по среде передачи данных
Не вникает в смысл передаваемой информации
Единица передачи информации – бит
Основная задача – представить биты информации в виде сигналов, передаваемых по среде

Характеристики канала связи:
Пропускная способность (бит/с)
Задержка
Количество ошибок
Типы каналов связи:
Симплексный
Дуплексный
полудуплексный

Канальный уровень
Основные задачи:
Передача сообщений по каналам связи – кадров
Определение начала/конца кадра в потоке бит
Обнаружение и коррекция ошибок
Множественный доступ к каналу связи
Адресация
Согласованный доступ к каналу

Методы выделения кадров
Указатель количества байт
Вставка байтов
Вставка битов
Средства физического уровня

Указатель количества байт
В начале каждого кадра указывается его длина в байтах

Вставка байтов и битов
Начало и конец каждого кадра отмечается специальными последовательностями байтов или бит
Протокол BSC – текстовые символы:
DLE STX – начало кадра
DLE ETX – конец кадра
Escape последовательность в данных – DLE
Протоколы HDLC и PPP – биты
01111110 начало и конец кадра
В данных после пяти последовательных единиц добавлялся ноль

Средства физического уровня
Преамбула (классический Ethernet)
Длина 8 байт
Первые 7 байт: 10101010
Последний байт: 10101011 (ограничитель начала кадра)
Передача неиспользуемых символов избыточного кода (Fast Ethernet)
Начало кадра – пара символов J (11000) и K (10001)
Конец кадра – символ Т (01101)

Обнаружение и исправление ошибок
Обнаружение ошибок
Контрольная сумма
Исправление ошибок
Коды, исправляющие ошибки
Позволяют обнаруживать и исправлять ошибки
Повторная отправка данных
Если в кадре обнаружена ошибка, его можно отправить заново
Повторная отправка кадра, который не дошел до получателя

Повторная отправка

Методы повторной отправки
Остановка и ожидание
Отправитель передает кадр и останавливается
Получатель отправляет подтверждение
Отправитель передает новый кадр
Скользящее окно
Отправитель передает несколько кадров один за другим, не дожидаясь подтверждения
Количество кадров, которое можно отправить, называется размером окна
Получатель подтверждает получение кадров
Отправитель передает новую порцию кадров

Обнаружение и исправление ошибок
Какой подход лучше использовать?
Обнаружение ошибок
Исправление ошибок
Повторная отправка ошибок
На каком уровне модели OSI?
Каналы связи с редкими ошибками – верхние уровни
Каналы связи с частыми ошибками – канальный уровень

Сетевой уровень
Объединяет сети, построенные на основе разных технологий
Ethernet
Wi-Fi
5G/4G/3G
MPLS
ATM, Token Ring, FDDI (устаревшие)

Различия сетей:
Сервис
Без гарантии доставки (Ethernet)
С гарантией доставки (Wi-Fi)
Адресация
Ethernet – MAC, сети сотовой связи – IMEI
Широковещание
Поддерживается или нет
Максимальный размер кадра (MTU)
Ethernet – 1500, Wi-Fi – 2304
Формат кадра

Фрагментация

Масштабируемость Ethernet
Таблица коммутации:
Должна содержать МАС адреса всех хостов сети
Сколько хостов в интернете?
Сколько памяти для хранения такой таблицы?
Как быстро будет осуществляться поиск?
Отправка пакетов на все порты:
Если коммутатор не знает, где находится хост, он отправляет кадр на все порты
Сколько лишних кадров будет передаваться в глобальной сети?
Отсутствие дублирующих путей между коммутаторами:
Активный путь всегда один

Масштабируемость на сетевом уровне
Агрегация адресов:
Работа не с отдельными адресами, а с блоками адресов
Блок адресов – сеть
Запрет пересылки «мусорных пакетов»:
Пакет отбрасывается, если нельзя определить, куда его нужно отправлять
Возможность наличия нескольких путей в сети:
Одна из основных причин создания сетей с пакетной коммутацией
Допускается несколько активных путей
Задача выбора лучшего пути - маршрутизация

Маршрутизация
Это поиск маршрута доставки пакета между сетями через транзитные узлы – маршрутизаторы
Учет изменений в топологии сети
Учет загрузки каналов связи и маршрутизаторов
Продвижение – передача пакета внутри маршрутизатора в соответствии с правилами маршрутизации

Транспортный уровень
Задача транспортного уровня состоит в передаче данных между процессами на хостах, а также адресация и предоставление нужного уровня надежности передачи данных, независимо от надежности сети

Адресация, порты
Адрес на транспортном уровне: число от 1 до 65535
Адрес называется портом
Каждое сетевое приложение на хосте имеет свой порт
Номера портов у приложений не повторяются
Форма записи: 192.168.5.2:80 (IP-адрес:Порт)

Типы портов
Хорошо известные порты: 0 – 1023
80 – HTTP (Web)
25 – SMTP (e-mail)
53 – DNS
67, 68 – DHCP
Использовать может только администратор
Зарегистрированные порты: 1024 – 49151
Регистрация в Internet Assigned Numbers Authority (IANA)
Динамические порты: 49152 – 65535
Автоматически назначаются ОС сетевым приложениям

Сеансовый уровень
Управляет взаимодействием сторон
Позволяет сохранять информацию в ходе длинных передач в виде контрольных точек

Уровень представления
Обеспечивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом её содержания
Здесь могут выполняться шифрование и дешифрование данных