Уровни модели и их функции

Многоуровневая структура построения сетей спроектирована с целью упростить и упорядочить это великое множество протоколов и отношений. Взаимодействие уровней в этой модели - субординарное. Каждый уровень может реально взаимодействовать только с соседними уровнями (верхним и нижним), виртуально - только с аналогичным уровнем на другом конце линии.

Т Под реальным взаимодействием мы подразумеваем непосредственное взаимодействие, непосредственную передачу информации, например, пересылку данных в оперативной памяти из области, отведенной одной программе, в область другой программы. При непосредственной передаче данные остаются неизменными все время.

Т Под виртуальным взаимодействием мы понимаем опосредованное взаимодействие и передачу данных; здесь данные в процессе передачи могут уже определенным, заранее оговоренным образом видоизменяться.

Процедура взаимодействия отдельных узлов системы, может быть описана в виде набора правил.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах системы - называются протоколом.

 

Компьютер 1                                                                                                     Компьютер 2

 

Процесс А                                                                                                        Процесс В

Сообщение                                                                                                       Сообщение

 

                                           7                       Протоколы

Прикладной                                                                                                            

уровень                                                                                                            7

Представительный                     7 6                                                                  

уровень                                                                                                         6

Сеансовый                                    7 6 5                                                 

Уровень                                                                                                            5

                                                                                   

Транспортный                             7 6 5 4

Уровень                                                                                                              4

                                                         7 6 5 4 3

Сетевой                                         

Уровень                                                                                                              3

                                                        7 6 5 4 3 2

Канальный

Уровень                                                                                                              2

                                                          7 6 5 4 3 2 1

Физический

Уровень                                                                                                              1

                                                                                                                            Интерфейсы

 Сообщение

                         7 6 5 4 3 2 1

Полезная      Служебная информация

Информация

Рис. 13 Модель взаимодействия открытых систем ISO/ OSI

 

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней (перечислены в направлении сверху вниз):

1) прикладной уровень (application layer) обеспечивает работу сетевых приложений, с которыми имеют дело пользователи, например электронную почту, передачу файлов, Т регистрацию и т. п. Прикладной уровень - это совокупность разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры, Web -страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, с которой оперирует прикладной уровень, называется сообщением.

2) представительный уровень (presentation layer) содержит общие структуры данных (на этом уровне происходит согласование представления данных прикладных процессов). Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания.

С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов (например, кодов ASCII и EBCDIC). На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.

Таким образом, протоколы представительского уровня обеспечивают обслуживание прикладных программ.

3) Т сеансовый уровень (session layer) осуществляет аутентификацию и проверку полномочий, а также обеспечивает постоянное соединение между сетевыми приложениями. Сеансовый уровень  обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, поэтому он редко реализуется в виде отдельных протоколов, его функции часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Таким образом, протоколы уровня сеансов связи обеспечивают установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов.

4) транспортный уровень (transport layer) обеспечивает получение данных точно в том виде, в каком они были посланы. Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, а также способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Транспортный уровень скрывает от всех высших уровней любые детали и проблемы передачи данных, обеспечивает стандартное взаимодействие лежащего над ним уровня с приемом-передачей информации независимо от конкретной технической реализации этой передачи.

5)сетевой уровень (network layer) обеспечивает фрагментацию (сборку) данных, маршрутизацию и продвижение их в сети; на нем определяются адреса машин. Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

На сетевом уровне определяются два вида протоколов:

· сетевые протоколы (routed protocols) - реализуют продвижение пакетов через сеть;

· протоколы маршрутизации (routing protocols) - c помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений.

Основной функцией программного обеспечения на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование ее в пакеты и правильная передача в точку назначения.

Таким образом, протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, осуществляют маршрутизацию пакетов в сети.

Есть два принципиально различных способа работы сетевого уровня.

Первый - это метод виртуальных каналов. Он состоит в том, что канал связи устанавливается при вызове (начале сеанса (session) связи), по нему передается информация, и по окончании передачи канал закрывается (уничтожается). Передача пакетов происходит с сохранением исходной последовательности, даже если пакеты пересылаются по различным физическим маршрутам, т.е. виртуальный канал динамически перенаправляется. При этом пакеты данных не включают адрес пункта назначения, т.к. он определяется во время установления связи.

Второй - метод дейтаграмм.

Т Дейтаграмма - это пакет, передаваемый через сеть независимо от других пакетов без установления логического соединения и подтверждения приема.

Дейтаграммы - независимые, они включают всю необходимую для их пересылки информацию. В то время, как первый метод предоставляет следующему уровню (уровню 4) надежный канал передачи данных, свободный от искажений (ошибок) и правильно доставляющий пакеты в пункт назначения, второй метод требует от следующего уровня работы над ошибками и проверки доставки нужному адресату.

6) канальный уровень (data link layer) обеспечивает корректный прием и передачу пакетов в пределах однородной физической сети. Канальный уровень осуществляет проверку доступности среды передачи, так как физическая среда передачи может быть занята, а также обеспечивает реализацию механизма обнаружения и коррекции ошибок. Для канального уровня биты группируются в наборы, называемые кадрами.

Таким образом, канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, обнаружение ошибок с использованием контрольных сумм, повторную передачу кадров в случае обнаружения ошибок.

Протоколы этого уровня разрабатываются для каждого типа линий связи и регламентируют управление передачей информации по каналам

7)физический уровень (physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных; определяются характеристики электрических сигналов, тип кодирования, скорость передачи и т.д.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10 Base- T технологии Ethernet..

Таким образом, модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам.

Таким образом, протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи, начиная от простого провода и до волоконно-оптических линий связи.

Т Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый - сетенезависимы, т.к. ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних, что позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений.

Таким образом, протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую.

Итак, рассмотренная нами модель OSI описывает взаимосвязи открытых систем, т.е. систем, построенных в соответствии с открытыми спецификациями. Примером такой системы является международная сеть Internet.

Замечание.

Следует понимать, что подавляющее большинство современных сетей в силу исторических причин лишь в общих чертах, приближенно, соответствуют эталонной модели ISO OSI.

Открытая система

Открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.

Спецификация (в вычислительной технике) - формализованное описание аппаратных (или программных компонентов); способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами; условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Не всякая спецификация является стандартом.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Соблюдение принципов открытости дает следующие преимущества:

· возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

· возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет развитие сети производить с минимальными затратами;

· возможность легкого сопряжения одной сети с другой;

· простота освоения и обслуживания сети.