Методологический базис и эталонные системы. Эталонная модель OSI взаимосвязи открытых систем Уровни эталонной модели взаимодействия открытых систем

Приведенный выше перечень служб электросвязи характеризует разнообразие услуг предоставляемых в настоящее время операторами связи. Еще большим может стать перечень телекоммуникационных систем, которые используются для предоставления этих услуг. Большинство телекоммуникационных можно рассматривать как системы открытые, то есть системы, к которым в любое время возможно присоединение новых пользователей и систем. Приведем еще одно базовое для телекоммуникаций определение:

Под термином «открытая система» подразумевается система, которая может взаимодействовать с любой другой системой, удовлетворяющей требованиям открытой системы.

По каким же критериям формируются эти «требования открытой системы»? Чтобы выделить общее в большом разнообразии частных реализаций, встречающихся сегодня не рынка телекоммуникационных систем, необходимо было преложить некоторую эталонную или базовую модель открытой системы (OSI – Open Systems Interconnection) и в 1983 г. в качестве эталонной модели Международной организацией по стандартизации (ISO – International Standards Organization) утверждена семиуровневая модель, в которой все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни. Уровень с меньшим номером представляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень лишь потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.

Уровень 0 связан с физической средой - передатчиком сигнала и хотя он формально не включается в схему модели OSI, он упоминается во многих источниках как необходимый для классификации системы уровень. Этот уровень характеризует среду распространения сигнала, через которую происходит соединение оконечных устройств телекоммуникационной системы: кабели, радиолинии, оптические линии и т.д. Этот уровень ничего и не описывает, только указывает на среду. Именно поэтому он и не включен в модель, хотя и важен для классификации телекоммуникационной системы.

Уровень 1 - физический. Характеризует физические аспекты передачи информации по линии связи: напряжения, частоты, природу передающей среды и пр. Этот уровень модели характеризует протоколы передачи информации, обеспечивающие поддержание связи и прием-передачу информационного потока. Безошибочность передачи сообщений при этом желательна, но не требуется.

Уровень 2 - канальный. Модель этого уровня описывает формирование блоков данных (кадров (frame) или информационных пакетов) и управление доступом к среде распространения. При этом должна обеспечиваться безошибочная передача блоков данных через среду распространения, определенную на первом уровне. Этот уровень модели должен определять начало и конец кадра в битовом потоке. На этом уровне описываются методы формирования из данных, передаваемых физическим уровнем, кадров или последовательностей, включения процедур проверки наличия ошибок и их исправления. При описании телекоммуникационной системы на этом уровне оперирует такими элементами, как битовые последовательности, методы кодирования, маркеры. Здесь же должны быть описаны механизмы ответственные за правильную передачу данных (пакетов) на участках между непосредственно связанными элементами сети. В виду его сложности, канальный уровень подразделяется на два подуровня: MAC (Medium Access Control) - Управление доступом к среде и LLC (Logical Link Control) - Управление логической связью (каналом). Уровень MAC управляет доступом к системе и управлением телекоммуникационной сетью. Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, определяет методы посылки и получения информации.

Уровень 3 - сетевой. На этом уровне модели описывается маршрутизация в сети и управление потоками данных. Третий уровень пользуется возможностями, предоставляемыми ему уровнем 2, для обеспечения связи двух любых точек в сети. Сеть может иметь много линий связи, или множество совместно работающих сетей, что требует маршрутизации, т.е. определения пути, по которому следует пересылать данные. Для правильной маршрутизации информации в пакеты данных добавляются сетевые адреса. Стандарты сетевого уровня определяют правила задания адресов и способы работы системы по обработке адресной информации. Основной функцией телекоммуникационного оборудования на этом уровне является выборка информации из источника, преобразование ее в пакеты и правильная передача в точку назначения. 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. 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.

Уровень 4 - транспортный. На этом уровне модели регламентируется пересылка пакетов сообщений между процессами, выполняемыми на компьютерах сети, обеспечивается взаимодействие удаленных процессов. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. На этом уровне определяются правила контроля на сквозной основе потока данных, проходящего по маршруту, определенному третьим уровнем: правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, их комплектность, сохранность, порядок следования, определяются алгоритмы сбора информации из блоков (пакетов) в ее прежний вид. 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.

Уровень 5 - сеансовый. Главное назначение этого уровня модели – описание правил поддержки диалога между удаленными процессами. На этом уровне координируется взаимодействие пользователей: установление связи, восстановление аварийно оконченных сеансов. На этом уровне компьютерные имена преобразуются в числовые адреса, и наоборот. При этом управление происходит не техническими параметрами телекоммуникационных устройств, а процессами в сети.

Уровень 6 - уровень представления данных (или представительский уровень). Этот уровень имеет дело с синтаксисом и семантикой передаваемой информации, т.е. здесь устанавливается взаимопонимание двух сообщающихся компьютеров относительно того, как они представляют и понимают по получении передаваемую информацию. Здесь решаются, например, такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка, поддержка сетевых файловых систем (NFS), абстрактных структур данных и т.д.

Уровень 7 - прикладной. Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги. На этом уровне реализуется, по крайней мере, пять прикладных служб: передача файлов, удаленный терминальный доступ, электронная передача сообщений, служба справочника и управление сетью. На этом уровне модель описывает способы представления пользователю переданной и обработанной информации.

Основная идея модели OSI заключается в том, что на каждом уровне модели описывается лишь группа взаимосвязанных задач, в результате чего сложная общая задача передачи информации расчленяется на более простые в анализе задачи.

Необходимые соглашения для связи уровней называются протоколами . В общем виде протокол передачи данных требует наличия информации, позволяющей решать такие задачи как:

1. Синхронизация информационных потоков;

2. Инициализация;

3. Блокирование;

4. Адресация;

5. Обнаружение ошибок;

6. Нумерация блоков;

7. Управление потоком данных;

8. Методы восстановления;

9. Разрешение доступа.

Протоколы отдельных уровней требуют описания лишь части этих задач, а не всей их совокупности.

Таким образом, эталонная модель взаимодействия открытых систем – удобное средство для распараллеливания разработки стандартов. Она определяет лишь концепцию построения и взаимодействия стандартов между собой и может служить базой для стандартизации в различных сферах передачи, хранения и обработки информации.

Вычислительные сети.

Вычислительные сети, позволяющие осуществлять целый спектр телекоммуникационных услуг ориентированных на осуществление массовых коммуникации, представляют наибольший интерес для специалистов в области связей с общественностью. Исходя из этого, рассмотрим ряд базовых положений теории вычислительных сетей.

Телекоммуникации являются специфической сферой деятельности человека назначение продуктов, производимых данной отраслью является обеспечения взаимодействия удаленных информационных систем. Зачастую эти системы оказываются построенными на аппаратуре различных производителей. Именно поэтому для данной отрасли очень важными являются вопросы стандартизации.

Для разработчика и изготовителя телекоммуникационного оборудования соответствие действующим и перспективным стандартам отрасли является ключевым фактором, который обеспечивает необходимый рынок сбыта для производимого оборудования.

Для потребителя данного оборудования фактор соответствия тоже очень важен, так как соответствие телекоммуникационной аппаратуры стандартам гарантирует эффективное использование вложенных в нее средств. Поэтому значительной является роль специалиста по информационным технологиям (IT), задачей которого является находить грамотные и экономичные решения, которые отвечают текущим и перспективным информационным потребностям фирмы.

Стандарт ISO 7498

Данный стандарт имеет тройной заголовок «Информационно-вычислительные системы — Взаимодействие открытых систем — Эталонная модель». Обычно его называют короче «Эталонная модель взаимодействия открытых систем». Публикация этого стандарта в 1983 году подвела итог многолетней работы многих известных телекоммуникационных компаний и стандартизующих организаций.

Основной идеей, которая положена в основу этого документа, является разбиение процесса информационного взаимодействия между системами на уровни с четко разграниченными функциями.

Преимущества слоистой организации взаимодействия заключаются в том, что такая организация обеспечивает независимую разработку уровневых стандартов, модульность разработок аппаратуры и программного обеспечения информационно-вычислительных систем и способствует тем самым техническому прогрессу в данной области.

В соответствии с ISO 7498 выделяются семь уровней (слоёв) информационного взаимодействия:

1. Уровень приложения
2. Уровень представления
3. Уровень сессии
4. Транспортный уровень
5. Сетевой уровень
6. Канальный уровень
7. Физический уровень

Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.

Протоколом называется набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней.

Интерфейсом называется совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного уровня.

Процесс помещения фрагментированных блока данных одного уровня в блоки данных другого уровня называют инкапсуляцией .

Уровень приложения — уровень 7 модели OSI

Протоколы, которые определены на седьмом уровне OSI, предназначены для обеспечения доступа к ресурсам сети программ-приложений пользователя. На данном уровне определяется интерфейс с коммуникационной частью приложения.

В качестве примера протоколов прикладного уровня можно привести протокол Telnet, который обеспечивает доступ пользователя к хосту в режиме удаленного терминала.

Уровень представления — уровень 6 модели OSI

На этом уровне выполняются алгоритмы преобразования формата представления данных — ASCII, КОИ-8.

Уровень сессии — уровень 5 модели OSI

На данном уровне устанавливаются, обслуживаются и разрываются сессии между представительными объектами приложений. В качестве примера протокола сеансового уровня можно рассмотреть протокол RPC (remote procedure call). Как следует из названия, данный протокол предназначен для отображения результатов выполнения процедуры на удаленном хосте. В процессе выполнения этой процедуры между приложениями устанавливается сеансовое соединение. Назначением данного соединения является обслуживание запросов, которые возникают при взаимодействии приложения — клиент с приложением — сервером.

Транспортный уровень — уровень 4 модели OSI

Существует два типа протоколов транспортного уровня — сегментирующие протоколы и дейтаграммные протоколы.

Сегментирующие протоколы транспортного уровня, разбивают исходное сообщение на блоки данных транспортного уровня — сегменты. Основной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения.

Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение и отправляют его одним куском, который называется «дейтаграмма».

Управление потоком является важной функцией надежных транспортных протоколов, поскольку этот механизм позволяет обеспечивать передачу данных по сетям с нестабильной структурой. Управление потоком заключается в обязательном ожидании передатчиком подтверждения приема ограниченного числа сегментов приемником.

Количество сегментов, которое передатчик может отправить без подтверждения их получения от приемника, называется окном .

Сетевой уровень — уровень 3 модели OSI

Основной задачей протоколов сетевого уровня является определение пути, который будет использован для доставки блоков данных протоколов верхних уровней.

Для того чтобы блок данных был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес. Группы хостов, объединенные по территориальному принципу образуют сети. Для упрощения решения задачи маршрутизации сетевой адрес хоста составляется из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Таким образом, задача маршрутизации распадается на две подзадачи — поиск сети и поиск хоста в этой сети.

Канальный уровень — уровень 2 модели OSI

Назначением протоколов канального уровня является обеспечение передачи данных по физическому носителю — среде передачи. На канальном уровне данные передаются в виде блоков, которые называются кадрами. Тип используемой среды передачи и её топология во многом определяют вид кадра протокола транспортного уровня, который должен быть использован. При использовании топологий «общая шина» и «point-to-multipoint» средствами протокола канального уровня должны быть определены физические адреса, с помощью которых будет производиться обмен данными по разделяемой среде передачи и процедура доступа к этой среде. Примерами таких протоколов являются протоколы Ethernet (в соответствующей части) и HDLC. Протоколы транспортного уровня, которые предназначены для работы в среде типа «точка-точка», не определяют физических адресов и имеют упрощенную процедуру доступа. Примером протокола такого типа является протокол PPP.

Физический уровень — уровень 1 модели OSI

Протоколы физического уровня обеспечивают непосредственный доступ к среде передачи данных для протоколов канального и последующих уровней. Данные передаются протоколами данного уровня в виде битов (для последовательных протоколов) или групп бит (для параллельных протоколов). На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов — временные и электрические и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных. Кроме того, на данном уровне формулируются требования к электрическим, физическим и механическим характеристикам среды передачи и коннекторов.

Наиболее распространенным протоколом транспортного уровня до недавних пор был V.24, который обеспечивал интерфейс последовательного обмена IBM PC.

Связь представляет собой совокупность сетей и служб связи (рис. 9.12). Служба электросвязи - это комплекс средств, обеспечи­вающий представление пользователям услуг. Вторичные сети обес­печивают транспортировку, коммутацию сигналов в службах электро­связи, первичные снабжают вторичные каналы. Составной частью соответствующей службы является оконечное оборудование, которое располагается у пользователя.

В качестве примера службы можно привести телефонную. Она предоставляет услуги телефонной связи, передачи данных и др.

Следует заметить, что понятия служба и услуга трактуются в лите­ратуре неоднозначно. Так передача данных по телефонным сетям (с использованием телефонной службы) часто рассматривается как служба передачи данных по телефонным каналам . Откуда следу­ет, что стоит владельцу телефона подключить свой компьютер при помощи модема к телефонной сети, как появляется служба. Более логичным нам кажется определение, когда под службой передачи данных мы понимаем систему связи, специально созданную для пе­редачи данных, т.е. совокупность аппаратных и программных средств, методов обработки, распределения и передачи данных.

В то же время служба передачи данных может предоставлять и услуги телефонной связи . Она входит в состав служб докумен­тальной электросвязи (ДЭС), которые обеспечивают обмен (переда­чу) разнообразной нетелефонной информации. В состав служб ДЭС, в соответствии с входят также службы телеграфные и передачи газет, телематические. Каждая служба может иметь ряд применений, которые с позиции пользователя классифицируются как услуги.

Обмен информацией в любых службах электросвязи должен осуществляться по определен­ным, заранее оговоренным правилам. Эти правила (стандарты) разрабатываются рядом между­народных организаций электро­связи.

Так, в 1978 г. в Международной организации по стандартизации (МОС) был создан подкомитет SC16,задачей которого являлась разработка международных стан­дартов для взаимосвязи открытых систем. Под термином «от­крытая система» подразумевалась система, которая может взаимодейст­вовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям открытой системы . От­крытой она является тогда, когда соответ­ствует эталонной модели взаимосвязи от­крытых систем (ВОС). Эталонная модель ВОС - наиболее общее описание структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и представляет собой основу для обеспечения возможности параллель­ной разработки множества стандартов, ко­торые требуются для ВОС.

Однако стандарт ВОС должен определять не только эталонную модель, но и конкретный набор услуг, удовлетворяющих эталонной модели, а также набор протоколов, обеспечивающих удовлетворение услуг, для реализации которых они разработаны (рис. 9.13). При этом под протоколом понимается документ, определяющий процедуры и правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом систем.

В качестве эталонной модели в 1983 г. утверждена семиуровневая модель (рис. 9.14), в которой все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни. Уровень с мень­шим номером предоставляет услуги смежному с ним верхнему уров­ню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень лишь потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.

Рис. 9.14. Структура эталонной модели ВОС

В семиуровневой модели протоколы нижних уровней (1-3) ориен­тированы на передачу информации, верхних уровней (5-7) - на обра­ботку информации. Протоколы транспортного уровня в литературе иногда выделяют отдельно, так как он непосредственно не связан с передачей информации. Однако этот уровень (4) ближе по своим функциям к трем нижним уровням (1-3), чем к трем верхним (5-7). Поэтому в дальнейшем мы его будем относить к нижнему уровню.

Задача всех семи уровней - обеспечение надежного взаимодейст­вия прикладных процессов. При этом под прикладными процессами понимают процессы ввода, хранения, обработки и выдачи информа­ции для нужд пользователя. Каждый уровень выполняет свою задачу. Однако уровни подстраховывают и проверяют работу друг друга.

Протоколы верхнего уровня (5-7). Прикладной (пользователь­ский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах. Прикладной уровень эталонной модели ВОС определяет смысловое содержание инфор­мации, которой обмениваются открытые системы в процессе совме­стного решения некоторой заранее известной задачи.

Шестой уровень называется уровнем представления. Он опреде­ляет в основном процедуру представления передаваемой информа­ции в нужную сетевую форму. Это связано с тем, что сеть объединяет разные оконечные пункты (например, разные компьютеры). Если бы все оконечные пункты в сети были одного типа, то не понадобилось бы введение уровня представления. Так, в сети, объединяющей раз­нотипные компьютеры, информация, передаваемая по сети, должна иметь определенную единую форму представления. Именно эту форму и определяет протокол шестого уровня.

Следующий пятый уровень протоколов называют уровнем сессий, или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами - соеди­нение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия и «рассоединения» процессов.

Далее идут четыре протокола низшего макроуровня. Основная за­дача протоколов низшего уровня сводится к быстрому и надежному перемещению информации. Поэтому протоколы низшего уровня ино-гда называют протоколами транспортной сети. Выход в транспортную сеть осуществляется через так называемый порт. Каждый процесс имеет свой порт. Перед входом в транспортную сеть информация пользователя получает заголовок того процесса, который ее породил, Транспортная сеть обеспечивает передачу информации пользователя с заголовком процесса (сообщения) адресату, используя для этого протоколы низшего уровня.

Протоколы низшего уровня (1-4). Четвертый транспортный уровень в модели ВОС служит для обеспечения пересылки сообще­ний между двумя взаимодействующими системами с использованием нижележащих уровней. Этот уровень принимает от вышестоящего некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Уровни, лежащие выше транс­портного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они «знают» лишь удаленные системы, с которыми взаимо­действуют. Транспортный же уровень должен «знать», как работает сеть, какие размеры блоков данных она принимает и т.п.

Следующие три нижних уровня определяют функционирование уз­ла сети. Протоколы этих уровней обслуживают так называемую транспортную сеть. Как любая транспортная система, эта сеть транс­портирует информацию, не интересуясь ее содержанием. Главная задача этой сети - быстрая и надежная доставка информации.

Основная задача третьего (сетевого) уровня - маршрутизация сообщений, кроме этого он обеспечивает управление информацион­ными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а также учитывает предоставленные услуги.

Уровень управления каналом (второй уровень), или канальный, представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физического соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок.

Таблица 9.1. Функции, выполняемые уровнями систем

№ уровня	Наименование уровня	Функции, реализуемые уровнем
	Прикладной	Представление или потребление информа­ционных ресурсов. Управление прикладными программами
	Представительный	Представление (интерпретация) смысла (значения) содержащейся в прикладных про­цессах информации
	Сеансовый	Организация и проведение сеансов взаимо­действия между прикладными процессами
	Транспортный	Передача массивов информации, кодиро­ванных любым способом
	Сетевой	Маршрутизация и коммутация информации, управление потоками данных
	Канальный	Установление, поддержание и разъединение соединения
	Физический	Физические, механические и функциональ­ные характеристики каналов

Физический (первый) уровень обеспечивает непосредственную взаимосвязь со средой передачи. Он определяет механические и электрические характеристики, требуемые для подключения, под­держания соединения и отключения физической цепи (канала). Здесь определяются правила передачи каждого бита через физиче­ский канал. Канал может передавать несколько бит сразу (парал­лельно) или последовательно, как это происходит в последователь­ном порте RS232.

Краткая характеристика уровней приведена в табл. 9.1 .

Эталонная модель ВОС - удобное средство для распараллелива­ния разработки стандартов для взаимосвязи открытых систем. Она определяет лишь концепцию построения и взаимосвязи стандартов между собой и может служить базой для стандартизации в различных сферах передачи, хранения и обработки информации.

Разделение на уровни очень удобно и позволяет следующее: − упростить конструирование сети итруктурирвать ее функции − расширить набор приложений, ориентированных на пользователей сети; − обеспечить наращивание сети в процессе ее развития. Наибольшую популярность в мире получила открытая сетевая архитектура, использующая в своей основе эталонную модель взаимодействия открытых систем или ЭМВОС (Open Systems Interconnection/Reference Model), или кратко модель OSI (ВОС). Эта семиуровневая модель была разработна в 1977 г. совместно ISO и CCITT (современное название ITU-T)

Рис. Сетевые Стандарты IEEE 802

Стандарты IEEE 802 Сетевые протоколы и стандарты, охватывающие два нижних уровня модели I (физический и канальный) были разработаны комитетом IEEE 880

(сокращенно IEEE 802). Получила распространение несколько различных иантов построения этих ровней. Причем у канального уровня только его жний подуровень - MAC (управление доступом к среде) - инен сфизически уровнем дл организаци сетевогостандарта. Таким об-разом, протоколы подуровня LLC (канального уровня) и более высоких уровней 3, 4 и т.д. остались независимыми от сетевых стандартов, На рис. 5.16 приведены основные сетевые стандарты IEEE 802. Следует отметить, что стандарт FDDI, несмотря на то, что был разработан другой организацией, также включен в эту группу сетевых стандартов, так как он выполнен в полном соответствии с эталонной моделью OSI/IEEE 802.

Для удобства модернизации сложные информационные системы делают максимально открытыми, т. е. приспособленными для внесения изменений в некоторую часть системы при сохранении неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей реализация концепции открытости привела к появлению эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС), предложенной Международной организацией стандартизации (ISO -- International Standard Organization). В этой модели дано описание общих принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимодействие информационных систем и называемыхпротоколами.

Информационную сеть в ЭМВОС рассматривают как совокупность функций (протоколов), которые подразделяют на группы, называемые уровнями. Именно разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.

Различают семь уровней ЭМВОС

На физическом (physical) уровне осуществляется представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных, организуется передача информации через физические среды.

На канальном (link) уровне выполняется обмен данными между соседними узлами сети, т.е. узлами, непосредственно связанными физическими соединениями без других промежуточных узлов. Отметим, что пакеты канального уровня обычно называют кадрами.

На сетевом (network) уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходитисходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называют виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала не обязательно соответствует физическое соединение линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения. Еще одной важной функцией сетевого уровня после маршрутизации является контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети.

На транспортном (transport) уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от предыдущего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятсямультиплексирование и демультиплексирование (сборка/разборка сообщений на пакеты в конечных пунктах), обнаружение и устранение ошибок в переданных данных, задание требуемого уровня услуг (например, заказанных скорости и надежности передачи).

На сеансовом (session) уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.

На представительном (presentation) уровне реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из одного кода в другой, в частности, с целью шифрования.

На прикладном (application) уровне определяются и оформляются в сообщения те данные, которые подлежат передаче по сети.

В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функций, тогда, соответственно, сеть будет содержать лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. Одновременно сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуровня:

• · управление доступом к каналу (MAC -- Medium Access Control);
• · управление логическим каналом (LLC -- Logical Link Control). К подуровню LJLC, в отличие от подуровня MAC, относится часть функций канального уровня, независящих от особенностей передающей среды.

Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень.

Сегментом обычно называют пакет транспортного уровня. Сетевой уровень организует передачу данных через промежуточные сети. Для этого сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т.е. происходит инкапсуляция сегмента в пакет сетевого уровня). При передаче между узлами промежуточной ЛВС требуется инкапсуляция пакетов в кадры с возможной разбивкой пакета. Приемник декапсулирует сегменты и восстанавливает исходное сообщение.

Обмен информацией в телœекоммуникационных сетях осуществляться по определœенным, заранее оговоренным правилам (стандартам). Эти правила разрабатываются рядом международных организаций.

Взаимодействие в современных телœекоммуникационных сетях организуется в соответствии с эталонной моделью взаимодействия открытых систем (ЭВОС), которая была предложена в 1980 году Международной организацией по стандартизации МОС (ISO – International Organisation for Standartisation) для вычислительных сетей. Открытыми называются системы, использующие одинаковые протоколы взаимодействия. Протокол – набор правил, регламентирующих взаимодействие для обмена сообщениями между независимыми устройствами или процессами.

Общая проблема связи состоит из двух частей:

1) первая часть касается сети связи – данные, передаваемые по сети должны поступить по назначению в правильном виде и своевременно;

2) вторая часть – обеспечение распознавания данных для дальнейшего использования – функции оконечного оборудования пользователя.

Все задачи, решаемые для организации взаимодействия пользователœей, разделœены на семь групп – уровней эталонной модели (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Три нижних уровня представляют услуги сети. Протоколы, реализующие эти уровни, должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня представляют услуги оконечным пользователям и связаны с ними, а не с сетью. Нижние уровни используются для того, чтобы направлять данные от одного пользователя к другому. Верхние уровни решают задачи представления данных пользователю в такой форме, которую он может распознать. Выбор семи уровней продиктован следующими соображениями:

1) крайне важно иметь достаточно уровней, чтобы каждый из них не был чересчур сложным с точки зрения разработки протокола;

2) желательно иметь не чересчур много уровней, чтобы их интеграция и описания не стали чересчур сложными;

3) желательно выбрать естественные границы, чтобы родственные функции были собраны на одном уровне.

В эталонной модели модуль уровня n взаимодействует с модулями только сосœедних уровней (n-1) и (n+1).

Уровни модели выполняют следующие функции:

1) Физический уровень обеспечивает передачу последовательности бит в виде сигналов определœенной физической природы со скоростью, соответствующей пропускной способности канала.

2) Канальный уровень формирует блоки данных – кадры, осуществляет управление доступом к передающей среде, обнаруживает и исправляет ошибки.

3) Сетевой уровень реализует функцию маршрутизации. Блоки данных сетевого уровня называются пакетами.

Физический, канальный и сетевой уровни являются сетезависимыми, в связи с этим их функционирование меняется исходя из типа сети связи.

4) Транспортный уровень занимает центральное место в иерархии уровней, обеспечивает взаимодействие процессов в подключаемых оконечных устройствах и сквозное управление движением пакетов между этими процессами. Наличие этого уровня освобождает пользователœей от крайне важно сти изучения всœех функций коммутации, маршрутизации и отбора (селœекции) данных.

Четыре нижних уровня (физический, канальный, сетевой, транспортный) составляют транспортную сеть.

5) Сеансовый уровень обеспечивает поддержание диалога между процессами, выполняя функции по организации передачи данных и по синхронизации процедур взаимодействия (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 – Пример диалога в сети

6) Уровень представления обеспечивает интерпретацию данных. На этом уровне реализуется синтаксис (анализируется представление символов, формат страниц, кодирование и др.).

7) Прикладной уровень реализует функции, которые не бывают приписаны предыдущим уровням. Протоколы прикладного уровня придают соответствующий смысл (семантику) обмениваемой информации. Прикладной уровень обеспечивает выполнение всœех информационно-вычислительных процессов.

Многоуровневая организация взаимодействия порождает крайне важно сть модификации информации на каждом уровне в соответствии с функциями уровня (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 – Взаимодействие уровней

При передаче на каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация и блок передается нижестоящему уровню. На приемном конце каждый уровень использует только соответствующий заголовок, не просматривая остальную часть принятого блока данных. Следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга. Это позволяет удалять и заменять протоколы и программы отдельных уровней, не затрагивая остальную часть модели.

Многоуровневая организация обеспечивает независимость управления на уровне n от порядка функционирования нижних и верхних уровней:

Управление информационным каналом происходит независимо от физических принципов функционирования физического канала;

Управление сетью не зависит от способов обеспечения надежности информационного канала;

Транспортный уровень взаимодействует с сетью как с единой системой, обеспечивающей доставку сообщений пользователям;

Прикладной процесс создается только для выполнения определœенных функций обработки данных без учета структуры сети, способов выбора маршрута͵ типа каналов связи и т.д.

Пользователи для организации взаимодействия опираются на службу взаимодействия. Взаимодействие между пользователями организуется средствами управления сеансами (уровень 5), которые работают на базе транспортного канала, обеспечивающего передачу сообщений в течение сеанса. Транспортный канал, создаваемый на уровне 4, включает в себя сеть связи, которая организует информационные каналы между пользователями (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 – Организация взаимодействия между пользователями

Эталонная модель взаимодействия открытых систем - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Эталонная модель взаимодействия открытых систем" 2017, 2018.