в рамках модели уровней интернет архитектуры с какими уровнями соотносится информация

Лекция 2. Уровни модели OSI и архитектуры Интернет

Цель лекции: ознакомление с уровнями модели OSI и архитектурой Интернет.

Функционирование сети Интернет основано на сложном комплексе протоколов, обеспечивающих выполнение различных функций – от непосредственно передачи данных до управления конфигурацией оборудования сети. Для классификации различных протоколов, понять их место в общей структуре технологии межсетевого взаимодействия, удобно воспользоваться так называемым «многоуровневым представлением сетевых протоколов». В рамках такого представления подразумевается, что протоколы более высокого уровня используют функции протоколов более низкого уровня. На рисунке 2.1 показаны взаимоотношения архитектуры Интернет, определенной ARPANET (The Advanced Research Projects Agency Network) с моделью OSI с соответствующими протоколами.

Рисунок 2.1 – Уровни модели OSI и архитектура Интернет

Классической моделью является семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (Open Systems Interconnection), разработанная ITU-T [2].

Архитектура Интернет была разработана агентством ARPA для соединения компьютеров, установленных в организациях.

Первый уровень модели – уровень сетевого интерфейса – поддерживает физический процесс переноса информации между устройствами в сети, т. е. объединяет функции двух уровней OSI – физического и звена данных.

Второй уровень межсетевого интерфейса обеспечивает физическое соединение со средой передачи, обеспечивает разрешение конфликтов, возникающих в процессе организации доступа к среде (например, используя технологию CSMA/CD в сети Ethernet), упаковывает данные в пакеты. Пакет – это протокольная единица, которая содержит информацию верхних уровней и служебные поля (аппаратные адреса, порядковые номера, подтверждения и т. д.), необходимые для функционирования протоколов этого уровня.

Транспортный уровень решает эту проблему и обеспечивает надежную передачу информации от источника к приемнику. Кроме того, реализации протоколов этого уровня образуют универсальный интерфейс для приложений, дающий доступ к услугам сетевого уровня. Наиболее важными протоколами транспортного уровня являются TCP и UDP.

Источник

Простое пособие по сетевой модели OSI для начинающих

Открытая сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection model) состоит из семи уровней. Что это за уровни, как устроена модель и какова ее роль при построении сетей — в статье.

Модель OSI является эталонной. Эталонная она потому, что полное название модели выглядит как «Basic Reference Model Open Systems Interconnection model», где Basic Reference Model означает «эталонная модель». Вначале рассмотрим общую информацию, а потом перейдем к частным аспектам.

Принцип устройства сетевой модели

Сетевая модель OSI имеет семь уровней, иерархически расположенных от большего к меньшему. То есть, самым верхним является седьмой (прикладной), а самым нижним — первый (физический). Модель OSI разрабатывалась еще в 1970-х годах, чтобы описать архитектуру и принципы работы сетей передачи данных. Важно помнить, что данные передаются не только по сети интернет, но и в локальных сетях с помощью проводных или беспроводных соединений.

В процессе передачи данных всегда участвуют устройство-отправитель, устройство-получатель, а также сами данные, которые должны быть переданы и получены. С точки зрения рядового пользователя задача элементарна — нужно взять и отправить эти данные. Все, что происходит при отправке и приеме данных, детально описывает семиуровневая модель OSI.

На седьмом уровне информация представляется в виде данных, на первом — в виде бит. Процесс, когда информация отправляется и переходит из данных в биты, называется инкапсуляцией. Обратный процесс, когда информация, полученная в битах на первом уровне, переходит в данные на седьмом, называется декапсуляцией. На каждом из семи уровней информация представляется в виде блоков данных протокола — PDU (Protocol Data Unit).

Рассмотрим на примере: пользователь 1 отправляет картинку, которая обрабатывается на седьмом уровне в виде данных, данные должны пройти все уровни до самого нижнего (первого), где будут представлены как биты. Этот процесс называется инкапсуляцией. Компьютер пользователя 2 принимает биты, которые должны снова стать данными. Этот обратный процесс называется декапсуляция. Что происходит с информацией на каждом из семи уровней, как и где биты переходят в данные мы разберем в этой статье.

Первый, физический уровень (physical layer, L1)

Начнем с самого нижнего уровня. Он отвечает за обмен физическими сигналами между физическими устройствами, «железом». Компьютерное железо не понимает, что такое картинка или что на ней изображено, железу картинка понятна только в виде набора нулей и единиц, то есть бит. В данном случае бит является блоком данных протокола, сокращенно PDU (Protocol Data Unit).

Каждый уровень имеет свои PDU, представляемые в той форме, которая будет понятна на данном уровне и, возможно, на следующем до преобразования. Работа с чистыми данными происходит только на уровнях с пятого по седьмой.

Устройства физического уровня оперируют битами. Они передаются по проводам (например, через оптоволокно) или без проводов (например, через Bluetooth или IRDA, Wi-Fi, GSM, 4G и так далее).

Второй уровень, канальный (data link layer, L2)

Когда два пользователя находятся в одной сети, состоящей только из двух устройств — это идеальный случай. Но что если этих устройств больше?

Второй уровень решает проблему адресации при передаче информации. Канальный уровень получает биты и превращает их в кадры (frame, также «фреймы»). Задача здесь — сформировать кадры с адресом отправителя и получателя, после чего отправить их по сети.

У канального уровня есть два подуровня — это MAC и LLC. MAC (Media Access Control, контроль доступа к среде) отвечает за присвоение физических MAC-адресов, а LLC (Logical Link Control, контроль логической связи) занимается проверкой и исправлением данных, управляет их передачей.

На втором уровне OSI работают коммутаторы, их задача — передать сформированные кадры от одного устройства к другому, используя в качестве адресов только физические MAC-адреса.

Третий уровень, сетевой (network layer, L3)

На третьем уровне появляется новое понятие — маршрутизация. Для этой задачи были созданы устройства третьего уровня — маршрутизаторы (их еще называют роутерами). Маршрутизаторы получают MAC-адрес от коммутаторов с предыдущего уровня и занимаются построением маршрута от одного устройства к другому с учетом всех потенциальных неполадок в сети.

На сетевом уровне активно используется протокол ARP (Address Resolution Protocol — протокол определения адреса). С помощью него 64-битные MAC-адреса преобразуются в 32-битные IP-адреса и наоборот, тем самым обеспечивается инкапсуляция и декапсуляция данных.

Четвертый уровень, транспортный (transport layer, L4)

Все семь уровней модели OSI можно условно разделить на две группы:

Уровни группы Media Layers (L1, L2, L3) занимаются передачей информации (по кабелю или беспроводной сети), используются сетевыми устройствами, такими как коммутаторы, маршрутизаторы и т.п. Уровни группы Host Layers (L4, L5, L6, L7) используются непосредственно на устройствах, будь то стационарные компьютеры или портативные мобильные устройства.

Четвертый уровень — это посредник между Host Layers и Media Layers, относящийся скорее к первым, чем к последним, его главной задачей является транспортировка пакетов. Естественно, при транспортировке возможны потери, но некоторые типы данных более чувствительны к потерям, чем другие. Например, если в тексте потеряются гласные, то будет сложно понять смысл, а если из видеопотока пропадет пара кадров, то это практически никак не скажется на конечном пользователе. Поэтому, при передаче данных, наиболее чувствительных к потерям на транспортном уровне используется протокол TCP, контролирующий целостность доставленной информации.

Для мультимедийных файлов небольшие потери не так важны, гораздо критичнее будет задержка. Для передачи таких данных, наиболее чувствительных к задержкам, используется протокол UDP, позволяющий организовать связь без установки соединения.

При передаче по протоколу TCP, данные делятся на сегменты. Сегмент — это часть пакета. Когда приходит пакет данных, который превышает пропускную способность сети, пакет делится на сегменты допустимого размера. Сегментация пакетов также требуется в ненадежных сетях, когда существует большая вероятность того, что большой пакет будет потерян или отправлен не тому адресату. При передаче данных по протоколу UDP, пакеты данных делятся уже на датаграммы. Датаграмма (datagram) — это тоже часть пакета, но ее нельзя путать с сегментом.

Главное отличие датаграмм в автономности. Каждая датаграмма содержит все необходимые заголовки, чтобы дойти до конечного адресата, поэтому они не зависят от сети, могут доставляться разными маршрутами и в разном порядке. Датаграмма и сегмент — это два PDU транспортного уровня модели OSI. При потере датаграмм или сегментов получаются «битые» куски данных, которые не получится корректно обработать.

Первые четыре уровня — специализация сетевых инженеров, но с последними тремя они не так часто сталкиваются, потому что пятым, шестым и седьмым занимаются разработчики.

Пятый уровень, сеансовый (session layer, L5)

Пятый уровень оперирует чистыми данными; помимо пятого, чистые данные используются также на шестом и седьмом уровне. Сеансовый уровень отвечает за поддержку сеанса или сессии связи. Пятый уровень оказывает услугу следующему: управляет взаимодействием между приложениями, открывает возможности синхронизации задач, завершения сеанса, обмена информации.

Службы сеансового уровня зачастую применяются в средах приложений, требующих удаленного вызова процедур, т.е. чтобы запрашивать выполнение действий на удаленных компьютерах или независимых системах на одном устройстве (при наличии нескольких ОС).

Примером работы пятого уровня может служить видеозвонок по сети. Во время видеосвязи необходимо, чтобы два потока данных (аудио и видео) шли синхронно. Когда к разговору двоих человек прибавится третий — получится уже конференция. Задача пятого уровня — сделать так, чтобы собеседники могли понять, кто сейчас говорит.

Шестой уровень, представления данных (presentation layer, L6)

О задачах уровня представления вновь говорит его название. Шестой уровень занимается тем, что представляет данные (которые все еще являются PDU) в понятном человеку и машине виде. Например, когда одно устройство умеет отображать текст только в кодировке ASCII, а другое только в UTF-8, перевод текста из одной кодировки в другую происходит на шестом уровне.

Шестой уровень также занимается представлением картинок (в JPEG, GIF и т.д.), а также видео-аудио (в MPEG, QuickTime). Помимо перечисленного, шестой уровень занимается шифрованием данных, когда при передаче их необходимо защитить.

Седьмой уровень, прикладной (application layer)

Седьмой уровень иногда еще называют уровень приложений, но чтобы не запутаться можно использовать оригинальное название — application layer. Прикладной уровень — это то, с чем взаимодействуют пользователи, своего рода графический интерфейс всей модели OSI, с другими он взаимодействует по минимуму.

Все услуги, получаемые седьмым уровнем от других, используются для доставки данных до пользователя. Протоколам седьмого уровня не требуется обеспечивать маршрутизацию или гарантировать доставку данных, когда об этом уже позаботились предыдущие шесть. Задача седьмого уровня — использовать свои протоколы, чтобы пользователь увидел данные в понятном ему виде.

Протоколы здесь используют UDP (например, DHCP, FTP) или TCP (например, HTTP, HTTPS, SFTP (Simple FTP), DNS). Прикладной уровень является самым верхним по иерархии, но при этом его легче всего объяснить.

Критика модели OSI

Семиуровневая модель была принята в качестве стандарта ISO/IEC 7498, действующего по сей день, однако, модель имеет свои недостатки. Среди основных недостатков говорят о неподходящем времени, плохой технологии, поздней имплементации, неудачной политике.

Первый недостаток — это неподходящее время. На разработку модели было потрачено неоправданно большое количество времени, но разработчики не уделили достаточное внимание существующим в то время стандартам. В связи с этим модель обвиняют в том, что она не отражает действительность. В таких утверждениях есть доля истины, ведь уже на момент появления OSI другие компании были больше готовы работать с получившей широкое распространение моделью TCP/IP.

Вторым недостатком называют плохую технологию. Как основной довод в пользу того, что OSI — это плохая технология, приводят распространенность стека TCP/IP. Протоколы OSI часто дублируют другу друга, функции распределены по уровням неравнозначно, а одни и те же задачи могут быть решены на разных уровнях.

Разделение на семь уровней было скорее политическим, чем техническим. При построении сетей в реальности редко используют уровни 5 и 6, а часто можно обойтись только первыми четырьмя. Даже изначальное описание архитектуры в распечатанном виде имеет толщину в один метр.

Кроме того, в отличие от TCP/IP, OSI никогда не ассоциировалась с UNIX. Добиться широкого распространения OSI не получилось потому, что она проектировалась как закрытая модель, продвигаемая Европейскими телекоммуникационными компаниями и правительством США. Стек протоколов TCP/IP изначально был открыт для всех, что позволило ему набрать популярность среди сторонников открытого программного кода.

Даже несмотря на то, что основные проблемы архитектуры OSI были политическими, репутация была запятнана и модель не получила распространения. Тем не менее, в сетевых технологиях, при работе с коммутацией даже сегодня обычно используют модель OSI.

Вывод, роль модели OSI при построении сетей

В статье мы рассмотрели принципы построения сетевой модели OSI. На каждом из семи уровней модели выполняется своя задача. В действительности архитектура OSI сложнее, чем мы описали. Существуют и другие уровни, например, сервисный, который встречается в интеллектуальных или сотовых сетях, или восьмой — так называют самого пользователя.

Как мы упоминали выше, оригинальное описание всех принципов построения сетей в рамках этой модели, если его распечатать, будет иметь толщину в один метр. Но компании активно используют OSI как эталон. Мы перечислили только основную структуру словами, понятными начинающим.

Модель OSI служит инструментом при диагностике сетей. Если в сети что-то не работает, то гораздо проще определить уровень, на котором произошла неполадка, чем пытаться перестроить всю сеть заново.

Зная архитектуру сети, гораздо проще ее строить и диагностировать. Как нельзя построить дом, не зная его архитектуры, так невозможно построить сеть, не зная модели OSI. При проектировании важно учитывать все. Важно учесть взаимодействие каждого уровня с другими, насколько обеспечивается безопасность, шифрование данных внутри сети, какой прирост пользователей выдержит сеть без обрушения, будет ли возможно перенести сеть на другую машину и т.д. Каждый из перечисленных критериев укладывается в функции одного из семи уровней.

Источник

Информационная архитектура в Интернете часть 1

Очень часто вижу вопросы от начинающих проектировщиков, похожих один на другой: «Посоветуйте что прочитать…».

Часто в ответ кидают А. Купера «Об интерфейсе. Основы проектирования взаимодействия», Д. Раскина «Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем», С. Круга «Не заставляйте меня думать», Д. Нормана «Дизайн привычных вещей». Это основа, все понятно.

Реже видела упоминания о такой замечательной книге, как «Информационная архитектура в Интернете» (авторы П.Морвиль и Л.Розенфельд).

Так как начинать всегда тяжело, а информации много, решила выложить конспект книги.
Книга большая, в одну статью все не поместилось. В итоге получился цикл из 4 статей, в которых постаралась оставить все самое интересное и нужное.

Конечно, опытным проектировщикам все это известно, а вот начинающим, думаю, пригодится.
Первая часть посвящена определению информационной архитектуре и тому, как люди ищут информацию. Поехали!

P.S.: Чтобы пополнять Хабр интересной информацией, в конце статьи прикрутила опрос: будет ли интересно читать весь цикл статей или на первой можно и остановиться.

Что такое информационная архитектура

Что именно и как ищут?

Чтобы получить ответ, обратимся к аналогии с рыбалкой.

Идеальная рыба
Пользователи ищут однозначный правильный ответ. Например, какова численность населения Сан Марино? Отправляемся на подходящий для этой цели сайт, напичканный данными, и выуживаем искомое число. На этом поиск закончен. Это называется идеальная рыба.

Ловушки для омаров
Что происходит тогда, когда требуется найти не просто однозначный ответ? Допустим, узнать, какие хорошие гостиницы с завтраком есть в Стрэтфорде, в провинции Онтарио. Или узнать что нибудь об экспедиции Льюиса и Кларка.

Пользователю не многое известно о том, что он ищет, и он готов к тому, чтобы получить несколько полезных ответов или предложений, где можно дополнительно их поискать. Он не рассчитывает выудить идеальную рыбу, потому что не сможет узнать, поймал ли ее. Он устраивает эквивалент ловушки для омаров в надежде, что все попавшее в нее окажется полезным.

И наконец, иногда пользователь готов камня на камне не оставить при поиске информации на некоторую тему. Это может быть исследование для докторской диссертации, анализ данных о конкурентах, изучение информации, касающейся болезни близкого друга или собственной персоны. В таких случаях необходимо выловить всю рыбку, которая водится в океане, поэтому он закидывает сети и вытаскивает все, что попадется.

Рыболовная метафора полезна, поскольку иллюстрирует три распространенных вида информационных потребностей.

Поведение при поиске информации

Что делают пользователи, чтобы найти нужную информацию? Они вводят запросы в поисковые системы, переходят с одной ссылки на другую и обращаются к кому нибудь за помощью.
Пользователь, стремящийся получить информацию, осуществляет собственно поиск, просмотр и задает вопросы – таковы его методы и, в то же время, стандартные компоненты, составляющие при этом его поведение.

Мы часто интегрируем поиск, просмотр и вопросы в рамках одного сеанса.

На рисунке показан пример поиска в корпоративной сети рекомендаций по поездкам за рубеж.

Возможно, пользователь сначала пройдете через портал интрасети на сайт отдела кадров, просмотрит раздел политики компании, а затем поищет политику, содержащую строку «поездки за границу». Если в результате он не найдете ответа на свой вопрос, можете послать письмо Биффу, ответственному за эту политику, и прямо спросить, каковы будут его суточные при поездке на неделю в Тимбукту.

Рисунок иллюстрирует также циклы, которые могут повторяться во время одного сеанса поиска. В конце концов, не всегда все получается с первого раза, и в процессе поиска потребности в информации могут измениться, в результате чего в каждом новом цикле могут быть применены иные подходы.

Эти различные компоненты поведения при поиске информации объединяются в сложных моделях, таких как модель «сбора ягод»

В этой модели пользователи начинают с информационной потребности, формулируют запрос, а затем итеративно перемещаются по информационной системе потенциально сложными маршрутами, попутно собирая частицы информации («ягоды»). В процессе поиска они все лучше понимают, что им нужно и что есть в системе, и модифицируют свои запросы.

Диаграмма «сбора ягод» выглядит запутанной – не сравнить с «упрощенной» моделью. Так и должно быть: так часто работает наш мозг. В конце концов, мы же не автоматы.
Если поведение пользователей сайта соответствует модели «сбора ягод», то необходимо обеспечить средства для быстрого перехода от поиска к просмотру и обратно.

Другая полезная модель – «выращивание жемчуга».
Пользователи начинают с одного или нескольких хороших документов, в точности представляющих то, что им нужно. Они хотят получить другие документы, похожие на данный. Google и другие поисковики дают пользователям такую возможность: рядом с каждым найденным результатом Google может располагать команду «Показать похожие страницы». При аналогичном подходе пользователю дается возможность перейти по ссылкам с «хорошего документа» на документы, индексированные с теми же ключевыми словами. На сайтах, где размещаются научные статьи и другие документы с большим количеством цитат, можно найти другие статьи, в которых много таких же цитат, как во взятой за основу, или которые цитируются совместно с ней.

Информационный архитектор должен постараться выяснить информационные потребности пользователей и их вероятное поведение при поиске информации. Затем надо установить, какие компоненты архитектуры лучше всего соответствуют этим потребностям и поведению, и согласовать эти критерии отбора, основанные на изучении пользователей, с зависящими от контекста факторами.

Виды организации информации

Неоднозначная (не точная):

В неоднозначных схемах организации информация делится на категории, не поддающиеся точному определению.

Например, схемы организации по автору и названию – точные, информация, основанная на тематике книги, нет.

Но многочисленные исследования показывают, что люди чаще обращаются к неоднозначным схемам.

Есть простая причина, по которой неоднозначная схема классификации оказывается для многих такой удобной: мы не всегда точно знаем, что мы ищем. В одних случаях не известно точное название. В других потребность в информации бывает настолько смутной, что ее не удается точно сформулировать.

Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных и полезных схем неоднозначной организации.

Организация информации по предмету или теме – один из наиболее полезных и трудных подходов. Веб сайты крупных компаний, ограничены по охвату и освещают лишь темы, непосредственно связанные с продуктами и услугами этой компании. При проектировании схемы тематической организации следует помнить, что вы определяете полное множество объектов содержимого (на данный момент и на будущее), которое пользователи будут рассчитывать обнаружить в этой области вашего веб сайта.

Организация по задачам

Схемы, ориентированные на задачи, организуют содержимое и приложения в виде совокупности процессов, функций или задач. Эти схемы целесообразны в тех случаях, когда можно предполагать, что пользователям потребуется выполнять некоторое количество задач с высоким приоритетом. Например, наборы отдельных операций организованы в виде целевых меню типа «Правка», «Вставка», «Форматирование».

Организация по аудитории

В тех случаях, когда можно выделить хотя бы две четко различающиеся аудитории среди пользователей веб сайта, оправданной может оказаться схема организации, ориентированная на аудиторию. Такая схема наиболее эффективна, когда пользователи посещают сайт многократно и могут пометить интересующие их разделы закладками. Она полезна и в тех случаях, когда есть смысл в показе для каждой аудитории специфического содержимого
Ориентированные на аудиторию схемы могут быть открытыми или закрытыми. В открытой схеме членам одной аудитории разрешен доступ к содержимому, предназначенному для других аудиторий. В закрытой схеме пользователям не разрешается перемещаться в разделы, предназначенные для других аудиторий. Это может быть оправдано по соображениям безопасности или если доступ к информации платный.

Гибридные схемы организации

Сила строгой схемы организации в том, что она предполагает простую мысленную модель, которую пользователь может быстро понять. Пользователи легко распознают организацию по аудитории или по тематике. Кроме того, довольно компактные «чистые» схемы организации можно применять к большим объемам содержимого, не жертвуя его целостностью или простотой пользования.

Однако при объединении элементов нескольких схем часто возникает путаница, и решения редко оказываются масштабируемыми.

Дело в том, что при разработке бывает трудно договориться о применении какой то одной схемы, поэтому объединяют элементы нескольких схем, создавая путаницу. Есть выход получше. Если представить схемы на странице по отдельности, то у пользователей сохраняется возможность создания мысленных моделей этих схем:

Иерархии – простой и знакомый путь для организации информации, поэтому их создание часто оказывается хорошей отправной точкой при разработке информационной архитектуры. Нисходящий подход дает возможность быстро определить область охвата веб сайта без трудоемкой процедуры инвентаризации всего содержимого. Можно начать с выделения основных областей содержимого и изучения схем организации, которые могут предоставить доступ к этому содержимому.

Во вторых, важно учитывать равновесие между протяженностью содержимого вглубь и вширь. Под шириной имеется в виду количество вариантов на каждом уровне иерархии. Глубина означает количество уровней в иерархии. Если иерархия слишком узкая и глубокая, пользователям при поиске приходится пробираться сквозь чрезмерное количество уровней.
Если иерархия слишком широкая и мелкая, то в главном меню оказывается слишком много вариантов, и неприятной неожиданностью оказывается отсутствие содержимого при выборе варианта.

Какую организацию выбрать

по теме, задаче или аудитории? Применимы ли хронологическая или географическая схемы? Можно ли использовать несколько схем организации?

Надо также подумать о структуре организации, влияющей на способы перемещения пользователей по этим схемам. Надо ли выбрать иерархическую структуру, или более структурированная модель будет эффективнее? Или свободная гипертекстовая сеть обеспечит максимальную гибкость? Ответить на все эти вопросы в контексте крупного проекта веб сайта бывает трудно, поэтому полезно разделить сайт на ряд компонентов и заниматься этими вопросами поочередно.

Еще следует помнить, что все системы извлечения информации наиболее эффективны, когда применяются к узким областям однородного содержимого. Разложив все имеющееся содержимое на такие узкие области, можно выявить те из них, где применимы высокоэффективные системы организации.

Источник