Linux-сервер своими руками - [11]

Прежде чем перейти к рассмотрению протокола TCP/IP, рассмотрим семиуровневую модель взаимодействия открытых систем. Под открытой системой понимается любая система, построенная в соответствии с открытыми спецификациями. Протокол также можно рассматривать как определенное соглашение, принятое взаимодействующими объектами, в нашем случае — это компьютеры, работающие в сети. Соглашение (протокол) не обязательно должно быть стандартным, но на практике стараются использовать именно стандартные протоколы.

В начале 80-х годов международной организацией по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization) была разработана модель взаимодействия открытых систем (OSI — Open System Interconnection). В другой литературе вы можете встретить и другие названия этой модели: сокращенное — модель OSI или более полное — семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI. Средства взаимодействия (см. рис. 1.7) в модели OSI делятся на семь уровней:

1. Физический.

2. Канальный.

3. Сетевой.

4. Транспортный.

5. Сеансовый.

6. Представительный.

7. Прикладной.

Рис. 1.7. Модель OSI

Благодаря этому задача сетевого взаимодействия разбивается на несколько более мелких задач. Это позволяет при разработке новых способов и инструментов сетевого взаимодействия не разрабатывать их заново целиком и полностью, а использовать уже готовые решения, заменив только некоторые его части. Непосредственно друг с другом взаимодействуют только физические уровни. Все остальные уровни напрямую взаимодействуют только с выше– и нижележащими уровнями: пользуются услугами нижележащего и предоставляют услуги вышележащему. Друг с другом такие уровни контактируют косвенным образом, через посредство нижележащих уровней.

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 (Physical Layer)

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 (Data link Layer)

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.