Эталонная семиуровневая модель обмена информацией в сети. Первые четыре уровня

В настоящее время наибольшее распространение получила так называемая эталонная модель обмена информацией открытой системы OSI (Open System Interchange). Под термином "открытая система" понимается не замкнутая в себе система, имеющая возможность взаимодействия с другими системами (в отличие от закрытой системы).

Модель OSI была предложена Международной организацией стандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ее используют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов.

Все сетевые функции в модели разделены на 7 уровней.

Вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции.

В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний – непосредственной передаче сигналов по каналу связи.

Модель OSI относится не только к локальным сетям, но и к любым сетям связи между компьютерами или другими абонентами.

В частности, функции сети Интернет также можно поделить на уровни в соответствии с моделью OSI. Принципиальные отличия локальных сетей от глобальных, с точки зрения модели OSI, наблюдаются только на нижних уровнях модели.

Данные, которые необходимо передать по сети, на пути от верхнего (7-го) уровня до нижнего (1-го) проходят процесс инкапсуляции.

Каждый нижеследующий уровень не только производит обработку данных, приходящих с более высокого уровня, но и снабжает их своей служебной информацией, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер).

Такой процесс обрастания служебной информацией продолжается до последнего (физического) уровня. На физическом уровне вся эта многооболочечная конструкция передается по кабелю приемнику.

При инкапсуляции доля вспомогательной информации в пакетах возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше.

В приемном устройстве осуществляется обратный процесс распаковки данных, который называется декапсуляцией пакетов. То есть при передаче на вышестоящий уровень убирается одна из оболочек пакета.

Верхнего 7-го уровня достигают уже данные, освобожденные от всех оболочек, то есть от всей служебной информации нижестоящих уровней.

При этом каждый уровень принимающего абонента производит обработку данных, полученных с нижеследующего уровня в соответствии с убираемой им служебной информацией.

l Транспортный (4) уровень (Transport Layer) обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, а также в нужной последовательности.

С передающей стороны здесь осуществляется переупаковывание информационных сообщений: длинные разбиваются на несколько пакетов, короткие объединяются в один. С принимающей стороны здесь восстанавливаются сообщения из пакетов.

Доставка пакетов возможна как с установлением соединения (виртуального канала), так и без.

Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними тремя, сильно зависящими от приложений, и тремя нижними уровнями, сильно привязанными к конкретной сети. Выше этого уровня в качестве единицы информации рассматривается только сообщение, ниже - управляемый сетью пакет данных

l Сетевой (3) уровень (Network Layer) отвечает за адресацию пакетов и перевод логических имен (логических адресов, например, IP-адресов или IPX-адресов) в физические сетевые MAC-адреса (и обратно).

На этом же уровне решается задача выбора маршрута (пути), по которому пакет доставляется по назначению (это важно в глобальных сетях, где имеется несколько маршрутов). В ЛВС между любой парой узлов есть прямой путь (маршрут), поэтому основная функция этого уровня сводится к буферизации пакетов.

На сетевом уровне действуют такие сложные промежуточные сетевые устройства, как маршрутизаторы.

l Канальный (2) уровень или уровень управления линией передачи (Data link Layer) отвечает за формирование и передачу адресованных порций данных (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля.

Здесь производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета контрольных сумм, и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов.

Канальный уровень делится на два подуровня: верхний LLC и нижний MAC.

На канальном уровне работают такие промежуточные сетевые устройства, как, например, коммутаторы.

l Физический (1) уровень (Physical Layer) – это самый нижний уровень модели, который отвечает за кодирование передаваемой информации в уровни сигналов (сигнальное кодирование), принятые в используемой среде передачи, обратное декодирование и синхронизацию сигналов.

Здесь же определяются требования к соединителям, разъемам, электрическому согласованию, заземлению, защите от помех и т.д. Этой уровень обеспечивает реальный путь передачи кодированных сигналов.

На физическом уровне работают такие сетевые устройства, как трансиверы, репитеры и концентраторы.

Большинство функций двух нижних уровней модели (1 и 2) обычно реализуются аппаратно (часть функций уровня 2 – программным драйвером сетевого адаптера).

Именно на этих уровнях определяется скорость передачи и топология сети, метод управления обменом и формат пакета, то есть то, что имеет непосредственное отношение к типу сети, например, Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Более высокие уровни, как правило, не работают напрямую с конкретной аппаратурой, хотя уровни 3, 4 и 5 еще могут учитывать ее особенности. Уровни 6 и 7 никак не связаны с аппаратурой, замены одного типа аппаратуры на другой они не замечают.