Функциональные уровни модели

Многоуровневый подход, реализованный в модели ВОС, оказался очень эффективным. Каждый уровень протоколов включает определенный круг функций и сервиса. Преимущество такого подхода заключается в возможности внесения изменений в один уровень без переработки всей модели в целом.

Абонентская система в соответствии с эталонной моделью ВОС представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия АС (рис.3). Последние разбиваются на семь функциональных уровней. Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Отдельные уровни модели ВОС удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх, а их названия указаны на рис.3. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня.

Рис.3. Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем

При передаче информации по мере продвижения ее от верхнего (прикладного) уровня к нижнему (физическому) на каждом уровне, кроме физического, к ней добавляется заголовок, содержащий управляющую информацию для соответствующего уровня на принимающем компьютере. Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие данные, как тип передаваемой информации, адреса станции-отправителя и станции-получателя, режим передачи (дуплексный, полудуплексный и т.д.), метод кодирования информации, метод контроля ошибок. Приемный компьютер принимает информацию в виде потока битов и собирает ее в кадры. По мере продвижения кадров снизу вверх (от физического уровня к прикладному) протоколы соответствующих уровней удаляют предназначенную для них управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа получит только исходные данные.

Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС. Связь между уровнями осуществляется в форме различных транзакций, известных как примитивы (primitives).

Примитивы делятся на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения. Уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может активизировать функцию путем выдачи запроса на выполнение действия. Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдает подтверждение о выполнении функции. Иногда выдается запрос на действие, которое должен выполнять уровень на другом (взаимодействующим с первым) компьютере. Примитивы удобно рассматривать как управляющую информацию, которая представлена в кадрах, передаваемых в процессе обмена данными.

Функциональные уровни рассматриваются как независимые составные части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, заключаются в следующем.

Прикладной уровень – является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя. Прикладной уровень занимается непосредственно поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных.

Прикладная программа, которой необходимо выполнить конкретную задачу, посылает конкретные данные на прикладной уровень, где определяется, как следует обрабатывать запрос прикладной программы. Важной функцией прикладного уровня является реализация протоколов электронной почты.

Прикладной уровень содержит несколько так называемых общих элементов прикладного сервиса (ACSE – Application Common Service Elements), представляемым прикладным процессам во всех системах, и специальных элементов прикладного сервиса (SASE – Specific Application Service Elements), которые обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ, таких как, программы пересылки файлов и эмуляции терминалов.

На прикладном уровне реализуются функции управления сетями. По мере усложнения сетей вопрос административного управления ими приобретает все большее значение. Это касается, прежде всего, разработки, совершенствования и стандартизации информационно-управляющих протоколов.

Представительный уровень (уровень представления данных) – отвечает за физическое отображение (представление) информации, он преобразует информацию к виду, который необходим прикладным процессам пользователей, т.е. занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

В основу работы представительного уровня положена единая для всех уровней модели ВОС система обозначений для описания абстрактного синтаксиса – ASCII. Эта система используется для описания структуры файлов, а на прикладном уровне применяется при выполнении операций пересылки файлов при работе с виртуальным терминалом. Одна из важнейших проблем, возникающих при управлении сетями – проблема шифрования данных, решается также с помощью ASCII.

Сеансовый уровень – предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей. Сеанс создается по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни, и включает: формирование сквозного канала связи между взаимодействующими прикладными процессами, управление обменом информацией между этими процессами, расторжение связи между указанными процессами по завершении обмена. Сеансовый уровень отвечает за режим передачи, т.е. на этом уровне определяется, какая будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать, и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать, и принимать данные одновременно). На сеансовом уровне также осуществляется управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий.

Транспортный уровень – в иерархии уровней сети занимает центральное место, он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети. Главная задача транспортного уровня – управление трафиком в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации). Именно он определяет качество сервиса, которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня, включая обнаружение и устранение ошибок.

Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является единицей информации, управляемой сетью. Выше этой границы в качестве единицы информации рассматривается только сообщение. Этот уровень обеспечивает также сквозную отчетность в сети.

Сетевой уровень – главные его функции состоят в маршрутизации и буферизации, он прокладывает путь от отправителя к получателю через всю сеть. Протоколы верхних уровней выдают запросы на передачу пакетов из одной компьютерной системы в другую, а сетевой уровень обеспечивает практическую реализацию механизма этой передачи. Сетевой и транспортный уровни в некоторой степени дублируют друг друга, особенно в плане функций управления потоком данных и контроля ошибок. Главная причина такого дублирования заключается в существовании двух вариантов связи – с установлением соединения и без установления соединения. Эти варианты связи базируются на разных предположениях относительно надежности сети.

В сети с установлением соединения, работающей аналогично обычной телефонной системе, после установления соединения происходит обычный обмен информацией между взаимодействующими абонентами, причем абоненты не обязаны завершать каждое заявление своим именем, именем вызываемого партнера и его адресом, так как считается, что связь надежна и информация доставляется без искажений. В такой сети адрес получателя необходим лишь при установлении соединения, а в самих пакетах он не нужен. Сетевой уровень отвечает за контроль ошибок и управление потоком данных, в его функции входит также сборка пакетов на приемной стороне.

В сети без установления соединения сетевой сервис, наоборот, предполагает, что контроль ошибок и управление потоком осуществляются на транспортном уровне. Поскольку пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению, могут передаваться по разным маршрутам и поступать к адресату в разное время, адрес получателя необходимо указывать в каждом пакете. Указывается также порядковый номер пакета в сообщении, так как соблюдение очередности приема пакетов не гарантируется.

Канальный уровень – определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Его главные функции: управление доступом к передающей среде (т.е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам) и управление передачей данных по информационному каналу, включающее генерацию стартового сигнала и организацию начала передачи информации, передачу информации по каналу, проверку получаемой информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта, генерацию сигнала окончания передачи и перевод канала в пассивное состояние. В обязанности канального уровня входит также прием пакетов, поступающих с сетевого уровня, и подготовка пакетов к передаче, укладывание их в кадры, которые являются контейнерами для пакетов. Принимая информацию с физического уровня в виде потока битов, канальный уровень должен определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок, и обнаруживать ошибки передачи. В случае обнаружения ошибки осуществляется инициализация соответствующих действий по восстановлению потерянных, искаженных и даже дублированных действий (характер этих действий определяется реализуемым методом защиты от ошибок).

Канальный и физический уровни определяют характеристики физического канала и процедуру передачи по нему кадров.

Физический уровень – непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия компьютера с коммуникационной подсетью.

Физический уровень наименее противоречивый, его функции реализованы только аппаратными средствами, причем на аппаратуру разработаны и вошли в обиход международные стандарты.

Для физического уровня определен подробный список рекомендованных к использованию соединений. Он может обеспечивать как асинхронный, так и синхронный режим передачи информации. На физическом уровне определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля, применяемых в ЛКС. На этом же уровне определяется схема кодирования для представления двоичных значений при передаче по каналу связи и обеспечения синхронизации сигналов (синхронизации работы генераторов тактовых импульсов передающей и приемной сторон).

Совершенствование эталонной модели ВОС для ЛКС привело к декомпозиции канального и физического уровней. Канальный уровень разделен на два подуровня: подуровень управления логическим каналом (передача кадров между рабочими станциями, включая исправление ошибок, диагностика работоспособности узлов сети) и подуровень управления доступом к передающей среде (реализация алгоритма доступа к среде и адресация станций сети). Физический уровень делится на три подуровня: передачи физических сигналов, интерфейса с устройством доступа и подключения к физической среде.

В ЛКС процедуры и протоколы управления на нижних уровнях модели ВОС не отличаются сложностью, поэтому эти уровни реализуются в основном техническими средствами, называемыми станциями локальной сети (СЛС) и адаптерами. По существу, адаптер вместе с физическим каналом образует информационный моноканал, к которому подключаются системы сети, выступающие в качестве абонентов моноканала.