Денис Колисниченко - Linux-сервер своими руками

Примечание. В некоторых случаях сетевого взаимодействия физический уровень как таковой отсутствует, при этом его функции выполняет самый низлежащий уровень.

Из рис. 1.7 видно, что по мере прохождения сообщения через уровни модели OSI к пересылаемым данным добавляется служебная информация, свидетельствующая о прохождении данных через определенный уровень.

Рассмотрим взаимодействие двух компьютеров более подробно на примере файловой службы. Допустим, нам (компьютер 1) нужно записать какую-нибудь информацию в файл на удаленном компьютере 2. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. В заголовке содержится различная служебная информация. Как изменяется заголовок видно из рис. 1.7. Например, в заголовке может содержаться информация о нашем компьютере (его адрес), компьютере получателя, а также имя и расположение файла, в который нужно записать информацию. Поле данных может быть и пустым, но в нашем случае, очевидно, содержит информацию, которую нужно записать в файл.

Приложение (процесс 1) формирует стандартное сообщение, которое передается прикладному уровню. Точнее, процесс 1 работает на прикладном уровне.

После формирования сообщения прикладной уровень передает его представительному уровню. На этом уровне в заголовок добавляются указания для представительного уровня компьютера-адресата. Потом сообщение передается сеансовому уровню, который добавляет свою информацию и т.д. Процесс вложения одного протокола в другой называется инкапсуляцией.

Когда сообщение поступает на компьютер-адресат, оно принимается физическим уровнем и передается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует содержимое заголовка своего уровня, выполняет содержащиеся в нем указания, затем удаляет относящуюся к себе информацию из заголовка и передает сообщение далее вышележащему уровню. Этот процесс называется декапсуляцией. Далее приведено описание уровней взаимодействия.

Физический уровень передает биты по физическим каналам связи, например, коаксиальному кабелю или витой паре. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, которые передают дискретную информацию, например: тип кодирования, скорость передачи сигналов. К этому уровню также относятся характеристики физических сред передачи данных: полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащищенность.

Функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или последовательным портом. Примером протокола физического уровня может послужить спецификация 100Base-TX (технология Ethernet).

Канальный уровень отвечает за передачу данных между узлами в рамках одной локальной сети. Узлом будем считать любое устройство, подключенное к сети.

Этот уровень выполняет адресацию по физическим адресам (МАС-адресам), «вшитым» в сетевые адаптеры предприятием-изготовителем. Каждый сетевой адаптер имеет свой уникальный МАС-адрес, то есть вы не найдете две сетевые платы с одним и тем же МАС-адресом.

Канальный уровень переводит поступившую с верхнего уровня информацию в биты, которые потом будут переданы физическим уровнем по сети. Он разбивает пересылаемую информацию на фрагменты данных — кадры (frames).

На этом уровне открытые системы обмениваются именно кадрами. Процесс пересылки выглядит примерно так: канальный уровень отправляет кадр физическому уровню, который отправляет кадр в сеть. Этот кадр получает каждый узел сети и проверяет, соответствует ли адрес пункта назначения адресу этого узла. Если адреса совпадают, канальный уровень принимает кадр и передает наверх вышележащим уровням. Если же адреса не совпадают, то он просто игнорирует кадр.

В используемых протоколах канального уровня заложена определенная топология. Топологией называется способ организации физических связей и способы их адресации. Канальный уровень обеспечивает доставку данных между узлами в сети с определенной топологией, то есть для которой он разработан. К основным топологиям (см. рис. 1.8) относятся:

• Общая шина.

• Кольцо.

• Звезда.

Рис. 1.8. Основные топологии локальных компьютерны хсетей

Протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, маршрутизаторами. Глобальные сети (в том числе и Интернет) редко обладают регулярной топологией, поэтому канальный уровень обеспечивает связь только между компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. При этом для доставки данных через всю глобальную сеть используются средства сетевого уровня (протоколы «точка-точка»). Примерами протоколов «точка-точка» могут послужить РРР, LAP-B.

Данный уровень служит для образования единой транспортной системы, которая объединяет несколько сетей. Другими словами, сетевой уровень обеспечивает межсетевое взаимодействие.

Протоколы канального уровня передают кадры между узлами только в рамках сети с соответствующей топологией. Проще говоря — в рамках одной сети.

Нельзя передать кадр канального уровня узлу, который находится в другой сети. Данное ограничение не позволяет строить сети с развитой структурой или сети с избыточностью связей. Построить одну большую сеть также невозможно из-за физических ограничений. К тому же даже если построить довольно большую сеть (например, спецификация 10Base-T позволяет использовать 1024 узла в одном сегменте), производительность данной сети не будет вас радовать. Более подробно о причинах разделения сети на подсети и возникающих при этом трудностях мы поговорим немного позже, а сейчас продолжим рассматривать сетевой уровень.

На сетевом уровне термин сеть следует понимать как совокупность компьютеров, которые соединены в соответствии с одной из основных топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня.

Сети соединяются специальными устройствами — маршрутизаторами. Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на основании этой информации пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от компьютера-отправителя компьютеру-адресату, который находится в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями. Иногда их еще называют хопами (от англ. hop — прыжок). При этом каждый раз выбирается подходящий маршрут.

Сообщения на сетевом уровне называются пакетами. На сетевом уровне работают несколько видов протоколов. Прежде всего — это сетевые протоколы, которые обеспечивают передвижение пакетов по сети, в том числе в другую сеть. Поэтому довольно часто к сетевому уровню относят протоколы маршрутизации (routing protocols) — RIP и OSPF.