物理チャネルネットワーク。 OSIモデルの仕組み

私は慣習的な定義から始めます。 OSIモデルは、ネットワークを介したデータ伝送の理論上理想的なモデルです。 これは、このモデルは、自社製品の相互運用性をサポートするために、ネットワークアプリケーションやネットワーク機器メーカーの開発者に準拠しており、標準であるため、実際に、あなたは完全一致を見つけることはありません、ということを意味します。 会うことはありませんが、誰もがのために努力することを知っている - あなたは、人々が理想の男性について考えた方法とそれを比較することができます。

ちょうど1つのニュアンス指定したい - OSIモデル内のネットワークを介して送信され、私は完全に正しくないデータを参照しますが、順番に、初心者の読者の用語を混同しないように、私は彼の良心との妥協のために行ってきました。

以下は、OSIモデルの中で最もよく知られ、最も理解できるスキームです。 記事は、より多くの映像であってもよいが、第1の基本プランを検討します。

テーブルは2つの列で構成されていますが、最初の段階では右側にのみ関心があります。 テーブルを下から上に読み上げる（そして他にどのように:)）。 実際、これは私の気まぐれではありませんが、単純なものから複雑なものまで、情報を学ぶのに便利です。 行こう！

上の表の右側には、ネットワーク経由で送信されたデータパスが下から上に（たとえば、自宅のルーターからコンピュータへ）表示されています。 行く - の明確化 - あなたは下からOSI層を読めばトップダウンは、逆にあれば、それは、受信側のデータパスになります。 これまでのところ明らかだと思う。 疑念を完全に解消するために、明確にするための別の計画があります：

データ経路をたどり、レベル上に配置するために、それらは第一、第二のボトムアップから、最初のコンピュータからのOSI層に沿って下方に移動し、そして、図中の青い線に沿って移動するように、提供するのに十分である変更。 次に、より詳細には、それぞれのレベルを分析します。

1）物理的 （フィジカル） - いわゆる「データ転送媒体」を指す。 ワイヤー、光ケーブル、電波（無線接続の場合）等が挙げられる。 コンピュータがケーブルを介してインターネットに接続されている場合、例えば、まず、物理レベルでのデータ伝送の品質上、コンピュータ上の導体、ワイヤの端部に接触し、接触コネクタネットワークカード、並びにコンピュータのマザーボード上の内部電気回路を満たします。 ネットワークエンジニアには「物理学の問題点」の概念を持っている - これは専門家が犯人「非転写」データデバイスの物理層を見たことを意味し、例えばどこかに、ネットワークケーブルで中断または低信号強度があります。

2）チャンネル  （データリンク） - ここでははるかに面白いです。 リンク層を理解するためには、最初にMACアドレスの概念を理解する必要があります。なぜなら、この章の主なキャラクタになるからです。 MACアドレスは、「物理アドレス」、「ハードウェアアドレス」とも呼ばれます。 それは12文字のセットを表します 16進数計算システム、6分割 オクテットダッシュまたはコロン、たとえば08：00：27：b4：88：c1。 ネットワーク内のネットワークデバイスを一意に識別する必要があります。 理論的には、MACアドレスはグローバルにユニークである、すなわちE. そのようなアドレスは不可能であり、生産段階のネットワーク装置において「縫い付けられる」。 しかし、ランダムに変更するための簡単な方法があり、しかも、いくつかの小さな悪徳と知られているメーカーは、例えばリベット、5000のバッチという事実を停止しません ネットワークカード  まったく同じMACを使用します。 従って、少なくとも2つのそのような「アクロバット兄弟」が同じローカルネットワーク内に現れれば、競合と問題が始まる。

したがって、データリンク層では、データはネットワークデバイスによって処理されます。このネットワークデバイスは、私たちの悪名高いMACアドレス、つまり 彼は配達先に興味があります。 彼らは、メモリにそれらが即時、直接通信を有しており、データが受信ポートで受信されたときにMACへのMACアドレスのデータを調整れるネットワークデバイスのMAC-アドレスを維持 - デバイスリンク層に、例えば、スイッチ（これらはスイッチ）が挙げられます メモリ内のアドレス。 偶然がある場合、データは宛先に転送され、他のデータは単に無視されます。

3）ネットワーク  （ネットワーク） - "神聖な"レベルであり、その機能の原則を理解し、その大部分はネットワークエンジニアをそのようにする。 ここでは、 "IPアドレス"は鉄の手を支配します、ここでは基本の基礎です。 IPアドレスが低いため、同じローカルネットワークの一部ではないコンピュータ間でデータを転送することが可能になります。 異なるデータ転送 ローカルネットワーク  ルーター（これは近年ではルーターの概念が大きく歪んでいるものの、ルーターでもあります）を使用して、ルーターによって実行できるようにするデバイスです。

このように、IPアドレスは、 - あなたは詳細には触れていない場合、それはネットワークに接続するネットワークデバイスをprisvaivatesyaピリオドで区切られた4つのオクテットに分け進で12個の数字のセット（「ノーマル」）計算システム、です。 ここで少し深めてください。たとえば、多くの人はシリーズ192.168.1.23のアドレスを知っています。 ここには12桁の数字はないことは明らかです。 しかし、完全な形式でアドレスを書くと、すべてが適切な場所に落ちます - 192.168.001.023。 IPアドレッシングはストーリーテリングと表示のための別個のトピックなので、今はもっと深く掘り下げません。

4）輸送レベル  （輸送） - 名前が示唆しているように、データの受取人への送付および送信には正確に必要です。 私たちの長い苦しみのメールから類推して、IPアドレスは、実際の配達や領収書、およびトランスポートプロトコルのアドレスである - それは読んで手紙を届ける方法を知っている可能郵便配達、です。 プロトコルは異なる目的で異なるが、1つの意味を持つ。

トランスポートレベルはネットワークエンジニアにとって大きな関心事であり、 システム管理者。 4つの下位レベルがすべて正常に動作したにもかかわらず、データが宛先に到達しなかった場合、問題は既に ソフトウェア 特定のコンピュータ。 いわゆる上位レベルのプロトコルは、プログラマにとっては非常にエキサイティングであり、システム管理者にとっては（例えば、サーバにサービスを提供している場合など）時には非常にエキサイティングです。 したがって、これらのレベルの目的についてさらに説明します。 あなたは客観的な状況を見れば他に、ほとんどの場合、実際には、OSIモデルの上位層のいくつかの機能を1つのアプリケーションまたはサービスにかかり、それをどこに置くか確信を持って言うことは不可能です。

5）セッション  （セッション） - データ転送セッションの開始、終了を制御し、アクセス権をチェックし、転送の開始と終了の同期を制御します。 たとえば、インターネットからファイルをダウンロードする場合、ブラウザ（またはそこにダウンロードしたもの）は、ファイルが存在するサーバーに要求を送信します。 この時点で、セッションプロトコルが含まれています。これにより、ファイルのダウンロードが成功し、オプションがあるにもかかわらず自動的にオフになります。

6）代表者  （プレゼンテーション） - 最終アプリケーションによる処理のためにデータを準備する。 たとえば、これが テキストファイルあなたはここにアーカイブから解凍することが可能である、（「kryakozyabry」を実現しなかった）エンコーディングをチェックし....しかし、再び明確に私が以前に書いたことを見なければならない - それは、プレゼンテーション層を終了する場所を区別するのは非常に難しい、とどこ次が始まります ：

7）適用（アプリケーション） - 名前が示すように、データを使用するアプリケーションのレベルが受け取り、OSIモデルのすべてのレベルの作業の結果を確認します。 たとえば、正しいエンコーディング、目的のフォントなどで開かれているため、このテキストを読んでいるとします。 あなたのブラウザ。

そして今、プロセスの技術を少なくとも一般的に理解しているときは、ビット、フレーム、パケット、ブロック、データが何であるかを伝える必要があると考えます。 あなたが覚えていれば、記事の冒頭で、メインテーブルの左の列に注意を払わないように頼んだ。 だから、その時が来た！ ここで、OSIモデルのすべてのレベルを再解析し、単純なビット（0と1）がどのようにデータに変換されるかを確認します。 我々はまた、材料を習得する順序に違反しないように、ボトムアップから進めます。

オン 物理的 レベルには信号があります。 それは、電気、光学、電波などとすることができる。 これまでのところ、これらはビットでさえありませんが、ネットワークデバイスは受信信号を分析し、ゼロに変換します。 このプロセスは「ハードウェア変換」と呼ばれます。 さらに、既にネットワーク装置の内部では、ビットは（1バイト8ビットで）バイトに結合され、処理され、リンク層に送信される。

オン チャネル  レベルでは、我々はいわゆる フレーム。それが粗い場合は、64〜1518バイトのパケットと1つのパケットになります。このパケットからスイッチは受信者と送信者のMACアドレスが記録されたヘッダーと技術情報を読み取ります。 ヘッダーとそのMACアドレスのMACアドレスの一致を確認した後 スイッチングテーブル（メモリ）であれば、スイッチはそのような一致を有するフレームを宛先デバイスに送信する

オン ネットワークこのすべてのレベルのレベルには、受信者と送信者のIPアドレスが追加されます。これらのアドレスは、すべて同じヘッダーから抽出され、呼び出されます バッチ.

オン 輸送  ヘッダサービス情報で指定され、これが既に完全なデータである上位層プロトコルに与えられたコード、すなわち適切なプロトコルにアドレス指定されている。 情報は消化可能で使用可能な形式で表示されます。

以下の図では、これがより明確に見えます。

OSI参照モデルに関連するプロトコルは現在ほとんど使用されていませんが、モデル自体は依然として非常に関連しており、このセクションで説明するレベルのプロパティは非常に重要です。 参照TCP / IPモデルでは、逆のことが言えます。モデル自体は現在ほとんど使用されておらず、そのプロトコルが最も一般的です。 これに基づいて、両方のモデルに関する詳細について検討します。

リファレンス oSIモデル

OSI参照モデル（物理的な環境を除く）を図7に示す。 1.16。 このモデルは、国際標準化機構（ISO）の開発に基づいており、異なるレベルで使用されるプロトコルの国際標準化への第一歩である（Day and Zimmerman、1983）。 その後1995年（1995年）に改訂されました。 この構造は、オープンシステムISO（ISOシステム（オープンシステム相互接続）参照モデル）の相互作用の参照モデルと呼ばれます。 オープンシステムつまり、他のシステムとの通信に開放されたシステムです。 簡潔にするために、このモデルを単に「OSIモデル」と呼ぶことにします。

OSIモデルには7つのレベルがあります。 この特定の構造の出現は、以下の考察によるものであった。

1.レベルは、必要に応じて別のレベルの抽象化を作成する必要があります。

2.各レベルは、厳密に定義された機能を実行する必要があります。

3.各レベルの機能の選択は、標準化された国際的なプロトコルの作成を考慮に入れるべきである。

4.レベル間の境界は、インターフェイス間のデータフローが最小限になるように選択する必要があります。

5.レベルの数は、様々な機能が、必要以上に1つのレベルで結合されないように十分に大きくなければならないが、あまり高くなくてはならず、アーキテクチャが煩雑にならないようにする必要がある。

次に、モデルの各レベルについて、最低レベルから説明します。 注：OSIモデルは、各レベルで使用されるサービスとプロトコルを記述していないため、ネットワークアーキテクチャではありません。 各レベルで何をすべきかを決定するだけです。 それにもかかわらず、ISOは基準モデル自体には含まれていないが、各レベルの標準も開発している。 それぞれは別々の国際標準として出版されました。

物理層

物理層は、通信チャネル上の生ビットの実際の伝送を処理する。 ネットワークを開発するときは、片方のユニットがユニットを転送するときに、受信側もゼロではなくユニットを受け取るようにする必要があります。 ここでの主な質問は、ユニットを表示するためにどの電圧を使用すべきか、また、ゼロのためにどの電圧を使用すべきか、 ビットが何ミリ秒続くか。 送信が同時に2つの方向に行われるかどうか、 最初の接続がどのように確立され、両者がタスクを完了したときにどのように終了するか。 どのような数のワイヤから構成されるべきか、各ワイヤの機能は何か。 開発の問題は、主に機械的、電気的および手続き的インタフェース、ならびに物理レベルより下にある物理的媒体に関係しています。

データ送信レベル

データ伝送層の主な役割は、信頼性の高い通信回線に沿って物理層の「生の」データを送信することであり、高位のネットワーク層の視点からの検出されない誤りはない。 レベルは、入力データをフレームに分割することによってこのタスクを実行します。通常のサイズは数百〜数千バイトの範囲です。 データフレームは、受信者によって返送された確認フレームの処理と共に順次送信される。

データ送信レベル（および高次レベルの大部分でも）で発生する別の問題は、高速送信機が受信機をデータで満たす状況をどう回避するかである。 現在の時刻に受信機バッファ内の利用可能なスペースを送信機に知らせる特定の規制メカニズムが存在しなければならない。 多くの場合、この制御はエラー処理メカニズムと組み合わされます。

ブロードキャストネットワークでは、データ伝送レイヤに別の問題があります。共有チャネルへのアクセスを制御する方法です。 この問題は、データ伝送層の特別な追加サブレベル（メディアアクセスサブレイヤ）を導入することで解決されます。

ネットワーク層

ネットワーク層はサブネット操作を管理します。 ここで最も重要な点は、送信元から宛先へパケットを転送するための経路の定義です。 ルートはテーブルとしてハードコーディングでき、ほとんど変更されません。 さらに、各接続の開始時（たとえば、端末セッション）に設定できます。 最後に、それらは高度に動的になります。つまり、現在のネットワーク負荷を考慮してパケットごとに再計算されます。

サブネット内に同時にパケットが多すぎると、互いに近づくことができ、ボトルネックに輻輳が発生します。 このような閉塞を回避することは、ネットワークレベルの課題でもあります。 より一般的な意味で、ネットワーク層は、あるレベルのサービス（これは遅延、伝送時間、同期問題に関係する）を提供することに関与している。

あるネットワークから別のネットワークへパケットを移動するときには、いくつかの問題があるかもしれません。 したがって、あるネットワークで使用されるアドレス指定方法は、他のネットワークで採用されるアドレス指定方法と異なる場合があります。 ネットワークが大きすぎるため、パケットの受け入れを拒否することがあります。 プロトコルなども異なる可能性があります。これらの問題をすべて解決しなければならないネットワーク層であり、異機種ネットワークを統合することができます。

ブロードキャストネットワークでは、ルーティングの問題は非常に簡単なので、ネットワークレイヤは非常に原始的であるか、存在しません。

輸送レベル

トランスポート層の主な機能は、セッションレベルからデータを受信し、必要に応じてそれらを小さな部分に分割し、それらをネットワーク層に送信し、これらの部分が正しい形式で宛先によって到着することを保証することです。 さらに、これらのすべては、ハードウェア技術の変更からより高いレベルを分離するような方法で、効率的に行う必要があります。

トランスポート層はまた、セッション層に提供されるサービスのタイプ、および最終的にはネットワークユーザを定義する。 トランスポート接続の最も一般的な形式は、送信された順序でメッセージまたはバイトを配信する2つのノード間のエラー保護されたチャネルです。 しかし、トランスポート層は、配信の順守の遵守を保証せずに個々のメッセージを送信すること、またはブロードキャストに基づいて異なる宛先に同時にメッセージを送信することなど、他のタイプのサービスを提供することができる。 接続の確立時にサービスのタイプが決定されます。 （厳密に言えば、完全に作成することができないチャンネルエラーから保護されています。これは、唯一、このようなチャネル、彼らは実際には無視できるほど小さい誤り率に言われています。）

トランスポート層は実際のエンドツーエンドレベルです。つまり、送信元から宛先にメッセージを配信します。 言い換えると、ソースマシン上のプログラムは、メッセージヘッダーと制御メッセージを使用して、別のマシン上の同様のプログラムと通信します。 下位レベルでは、この接続をサポートするために、メッセージルートが通過するすべての隣接マシン間で接続が確立されます。

セッション層

セッション層は、異なるコンピュータのユーザが互いに通信セッションを確立することを可能にする。 同時に、 異なるタイプ  ダイアログ・コントロール（データシーケンスを追跡する）、トークン管理（いくつかのシステムで重要な業務の同時実行を防止する）との同期などのサービス、（長いメッセージでの公式マークの設定エラーは、それが壊れたときの場所から転送を継続するために解決されるように）。

プレゼンテーションレベル

下位レベルとは異なり、そのタスクはビットとバイトの信頼できる伝送であり、表現のレベルは主に送信される情報の構文とセマンティクスを扱います。 異なるデータ表現を有するコンピュータの通信を可能にするために、データフォーマットを相互に変換し、それらをネットワークを介してある標準化された形式で転送することが必要である。 プレゼンテーション層は、これらの変換を処理し、上位レベルのデータ構造（たとえば、データベースレコード）を定義および変更する機能を提供します。

アプリケーション層

アプリケーション層には、一般的なプロトコルのセットが含まれています。 ユーザーに必要。 最も一般的なのは、World Wide Web技術の基盤となるHTTP HyperText Transfer Protocolです。 ブラウザがWebページを要求すると、ブラウザはその名前（アドレス）を渡し、サーバがHTTPを使用すると計算します。 サーバーは応答としてページを送信します。 その他のアプリケーションプロトコルは、ファイル転送、電子メール、ネットワークメーリングに使用されます。

OSIモデルとプロトコルの批判

しばらく前に、この分野の多くの専門家は、OSIモデルとそのプロトコルが世界中を征服し、他のすべてを淘汰するだろうと考えました。 それは起こらなかった。 なぜ？ この物語の教訓のいくつかを振り返って考慮に入れることは有用かもしれません。 OSIモデルの失敗の主な理由は4つありました。

適時性の欠如。

失敗した技術;

失敗した実装。

失敗したポリシー

適時性の欠如

まず第一に、第1の理由を考えてみましょう。 スタンダードの成功のためには、それがいつ確立されるかが非常に重要です。 M.I.T.のDavid Clark 彼は2つのゾウの黙示録と呼ばれる標準の理論があります。

この図は、新しい開発に伴う活動を示しています。 最初に新しいトピックを開くと、ディスカッションや記事、会議の形で研究活動が活発になります。 しばらくすると活動が減少し、このトピックは企業に開放され、その結果、数十億ドルが投資されます。

基本的には、基準は2つの「ゾウ」の間の期間に正確に書かれています。 研究が終了する前に作成が早すぎると、対象があまり研究されず理解されない可能性があり、その結果、悪い基準が採用される可能性があります。 あまりにも遅く作成すると、企業はわずかに異なる技術標準に投資する時間があり、採用された標準が無視される可能性があります。 アクティビティの2つのピーク間の間隔が短すぎると（誰もができるだけ早くお金を稼ぐことを望んでいる）、標準開発者はそれらを開発する時間がないことがあります。

標準OSIプロトコルがなぜ失敗したのかが明らかになりました。 出現するまでには、競合するTCP / IPプロトコルは既に研究大学間で普及している。 投資の波はまだこの分野には及んでいませんが、大学の市場は、多くの開発者がTCP / IPプロトコルをサポートする製品を慎重に提供するのに十分なほど広がっています。 OSIが登場したとき、開発者は第2のプロトコルスタックをサポートしたくなかった。 従って、最初の提案はなかった。 各企業は待っていましたが、最初の人は別の人、つまりOSIを開始するので、誰もサポートを開始しませんでした。

悪い技術

OSIモデルが実装されなかった第2の理由は、モデル自体とそのプロトコルの不完全さでした。 7レベルの構造の選択は、技術的なものよりも政治的な決定になりました。 その結果、2つのレイヤー（セッションとプレゼンテーションレベル）はほぼ空ですが、残りの2つ（ネットワークとデータ転送）は過負荷になります。

OSI参照モデルは、対応するサービス定義とプロトコルとともに、非常に複雑でした。 公式の標準記述の印刷物を積み重ねると、高さ1メートルの紙が積み重なります。 このモデルは実装が難しく、操作が効率的ではありません。

別の問題は、OSI標準を理解できないことに加えて、アドレッシング、フロー制御、エラー処理などの機能が各レベルで何度も何度も繰り返されていたことです。 例えば、本Saltzerら。（1984）にエラーが有効であるために制御するために、それがそのようにすべてのレベルで何度もそれを繰り返し、最高レベルで行われ、多くの場合、不要かつ非効率的でなければならないと述べました。

失敗した実装

モデルとプロトコルの膨大な複雑さを考えると、最初の実装の煩わしさや遅さは驚くべきものではありませんでした。 このモデルを実装しようとしたすべての人が失敗しました。 したがって、すぐに "OSI"のコンセプトは低品質に結びついた。 また、製品は時間の経過とともに改善されていますが、関連は残っています。

Berkley UNIXをベースにした最初のTCP / IP実装は、それほど優れていました（オープンであることは言うまでもありません）。 彼らはすぐに使用され、ユーザーの大きなコミュニティの出現につながった。 これにより、実装の修正と改善が行われ、その結果、ユーザーコミュニティが成長しました。 この場合、フィードバックは明らかにポジティブでした。

失敗したポリシー

最初の実装の機能のために、多くの、特に大学のサークルでは、UNIXシステムのTCP / IPの一部と見なされました。 そして、経験豊富な感情は（マザリングと呼ばれる男性人口の権利との関係で正確に当時の）親との間の平均80年代の大学界のUNIXシステムへとアップルパイへの気持ち。

一方、OSIは、欧州電気通信省、欧州共同体および（後に）米国政府の原案と考えられていました。 このすべては、部分的にしか本当だったが、トレンチ内のコンピュータネットワークを舗装、貧しい研究者やプログラマーの喉ダウン悪い技術的標準を押し通すしようとしている政府関係者のグループのアイデアは、このモデルの促進を助長されていませんでした。 いくつかは、アプリケーションIBMと同じ光の中で、この開発と考えられ、およびPL / Iは未来の言語、または防衛省になることを、1960年に作られた、という事実に、このような言語の意志彼の文を使用して、後でこの主張を回復しています エイダ

すべての欠点にもかかわらず、OSIモデル（セッションレベルとプレゼンテーションレベルを除く）は、コンピュータネットワークに関する理論的議論に非常に有用であることが証明されました。 一方、OSIプロトコルは広く使われていませんでした。 TCP / IPの場合、その反対は真です：モデルは存在しませんが、プロトコルは非常に普及しています。