Операционная система UNIX

Таблица 6.1. Семь уровней модели OSI

Название уровня	Описание
Уровень приложений (Application layer)	Обеспечивает пользовательский интерфейс доступа к распределенным ресурсам
Уровень представления (Presentation layer)	Обеспечивает независимость приложений от различий в способах представления данных
Уровень сеанса (Session layer)	Обеспечивает взаимодействие прикладных программ в сети
Транспортный уровень (Transport layer)	Обеспечивает прозрачную передачу данных между конечными точками сетевых коммуникаций. Отвечает за восстановление ошибок и контроль за потоком данных
Сетевой уровень (Network layer)	Обеспечивает независимость верхних уровней от конкретной реализации способа передачи данных по физической среде. Отвечает за установление, поддержку и завершение сетевого соединения
Уровень канала данных (Data link layer)	Обеспечивает надежную передачу данных по физической сети. Отвечает за передачу пакетов данных — кадров и обеспечивает необходимую синхронизацию, обработку ошибок и управление потоком данных
Физический уровень (Physical layer)	Отвечает за передачу неструктурированного потока данных по физической среде. Определяет физические характеристики среды передачи данных

Рассмотрим процесс передачи данных между удаленными системами в рамках модели OSI. Пусть пользователю А системы C1 необходимо передать данные приложению В системы C2. Обработка прикладных данных начинается на уровне приложения. Уровень приложения передает обработанные данные и управляющую информацию на следующий уровень — уровень представления и т.д., пока данные наконец не достигнут физического уровня и не будут переданы по физической сети. Система C2 принимает эти данные и обрабатывает их в обратном порядке, начиная с физического уровня и заканчивая уровнем приложения, после чего исходные прикладные данные будут получены пользователем В.

Для того чтобы каждый уровень мог правильно обработать полученные данные, последние содержат также управляющую информацию. Эта управляющая информация интерпретируется только тем уровнем, для которого она предназначена, в соответствии с его протоколом, и невидима для других уровней: для верхних, потому что после обработки она удаляется, а для нижних — потому, что представляется им как обычные данные. Благодаря этому каждый уровень по существу общается с расположенным на удаленной системе равным (peer) ему уровнем. Таким образом, взаимодействие между удаленными системами можно представить состоящим из нескольких логических каналов, соответствующих уровням модели, передача данных в каждом из которых определяется протоколом своего уровня.

Так физический уровень и уровень канала данных обеспечивают коммуникационный канал сетевому уровню, который, в свою очередь, предоставляет связность объектам транспортного уровня и т.д.

Нетрудно заметить, что модель TCP/IP отличается от модели OSI. На рис. 6.4 показана схема отображения архитектуры TCP/IP на модель OSI. Видно, что соответствие существует для уровня Internet (сетевой уровень) и транспортного уровня. Уровни сеанса, представления и приложений OSI в TCP/IP представлены одним уровнем приложений. Обсуждение соответствия двух моделей носит весьма теоретический характер, поэтому мы перейдем к более ценному для практики обсуждению прекрасно зарекомендовавших себя протоколов Internet.

Рис. 6.4. Соответствие между моделями TCP/IF и OSI

Протокол IP

Межсетевой протокол (Internet Protocol, IP) обеспечивает доставку фрагмента данных (датаграммы) от источника к получателю через систему связанных между собой сетей. В протоколе IP отсутствуют функции подтверждения, контроля передачи, сохранения последовательности передаваемых датаграмм и т.д. В этом смысле протокол IP обеспечивает потенциально ненадежную передачу. Надежность и прочие функции, отсутствующие у IP, при необходимости реализуются протоколами верхнего уровня. Например, протокол TCP дополняет IP функциями подтверждения и управления передачей, позволяя приложениям (или протоколам более высокого уровня) рассчитывать на получение упорядоченного потока данных, свободных от ошибок. Эта функциональность может быть реализована и протоколами более высокого уровня, как например это сделано в реализации распределенной файловой системы NFS, традиционно работающей на базе "ненадежного" транспортного протокола UDP. При этом работа NFS в целом является надежной.

В рамках модели OSI протокол IP занимает 3-й уровень и, таким образом, взаимодействует с протоколами управления передачей снизу и транспортными протоколами сверху. В рамках этой модели IP выполняет три основные функции: адресацию, фрагментацию и маршрутизацию данных.

Данные, формат которых понятен протоколу IP, носят название датаграммы (datagram), вид которой приведен на рис. 6.5. Датаграмма состоит из заголовка, содержащего необходимую управляющую информацию для модуля IP, и данных, которые передаются от протоколов верхних уровней и формат которых неизвестен IP. Вообще говоря, термин "датаграмма" обычно используется для описания пакета данных, передаваемого по сети без установления предварительной связи (connectionless).

Рис. 6.5. IP-датаграмма

Протокол IP обрабатывает каждую датаграмму как самостоятельный объект, не зависящий от других передаваемых датаграмм. Для датаграмм неприменимы виртуальные каналы или другие логические тракты передачи.

Модули IP производят передачу датаграммы по направлению к получателю на основании адреса, расположенного в заголовке IP-датаграммы. Выбор пути передачи датаграммы называется маршрутизацией.

В процессе обработки датаграммы протокол IP иногда вынужден выполнять ее фрагментацию. Фрагментация бывает необходима, поскольку путь датаграммы от источника к получателю может пролегать через локальные и территориально-распределенные физические сети различной топологии и архитектуры, использующие различные размеры кадра. Например, кадр FDDI позволяет передавать датаграммы размером до 4470 октетов, в то время как сети Ethernet накладывают ограничение в 1500 октетов.

Заголовок IP-датаграммы, позволяющий модулю протокола выполнить необходимую обработку данных, приведен на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Заголовок IP-датаграммы

Заголовок занимает как минимум 20 октетов управляющих данных. Поле Version определяет версию протокола и ее значение равно 4 (для IPv4). Поле IHL (Internet Header Length) указывает длину заголовка в 32-битных словах. При минимальной длине заголовка в 20 октетов значение IHL будет равно 5. Это поле также используется для определения смещения, начиная с которого размещаются управляющие данные протоколов верхнего уровня (например, заголовок TCP). Поле Type of Service определяет требуемые характеристики обработки датаграммы и может принимать следующие значения:

Биты 0–2	Precedence. Относительная значимость датаграммы. Это поле может использоваться рядом сетей, при этом большее значение поля Precedence соответствует более приоритетному трафику (например, при перегрузке сети модуль передает только трафик со значением Precedence выше определенного порогового значения).
Бит 3	Delay. Задержка. Значение 0 соответствует нормальной задержке при обработке, значение 1 — низкому значению задержки.
Бит 4	Throughput. Скорость передачи. Значение 0 соответствует нормальной скорости передачи, значение 1 — высокой скорости.
Бит 5	Reliability. Надежность. Значение 0 соответствует нормальной надежности, значение 1 — высокой надежности.
Биты 6–7	Зарезервированы для последующего использования.

Поле Type of Service определяет обработку датаграммы при передаче через различные сети от источника к получателю. В большинстве случаев может оказаться невозможным удовлетворение сразу всех требований по обработке, предусмотренных полем Type of Service. Например, удовлетворение требования низкого значения задержки, может сделать невозможным повышение надежности передачи. Фактическое отображение параметров Type of Service на процедуры обработки конкретной сети зависит от архитектуры этой сети. Примеры возможных отображений можно найти в RFC 795 "Service mappings".