Протоколы уровней модели OSI
Модель OSI разбивает все задачи передачи данных в сети на семь уровней:
физический;
канальный;
сетевой;
транспортный;
сеансовый;
уровень представления данных;
прикладной.
Основным назначением протоколов физического уровня является обеспечение физической связи и неразрывной с ней эксплуатационной готовности. Соответствующий заголовок описывает характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры, как напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах и т.п. На физическом уровне выполняется преобразование данных, поступающих от следующего, более высокого уровня (уровень управления передачей данных), в сигналы, передающиеся по кабелю. Ответственным за этот уровень является аппаратное и программное обеспечение сетевого адаптера или модема. Пакеты на физическом уровне идентичны пакетам канального уровня.
Канальный уровень, или уровень управления линией передачи данных (иногда он называется линейным уровнем), управляет передачей пакетов в локальной сети. Заголовок протокола канального уровня описывает характеристики канала передачи данных между двумя узлами сети. На основе данных этого протокола происходит взаимодействие между драйверами устройств и устройствами, а также между операционной системой и драйверами Устройства. Примерами протоколов канального уровня являются стандарты SLIP (Serial Line Internet Protocol) или PPP (Point to Point Protocol) из семейства протоколов TCP/IP.
Пакеты, непосредственно передаваемые по линиям связи, называются кадрами. Канальный уровень обеспечивает поддержку логической линии связи. Это означает, что он берет на себя все служебные функции, позволяющие безошибочно передавать данные в сети. При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная посылка кадра. Кроме того, на уровне управления линией передачи данных обычно обеспечивается правильная последовательность передаваемых и принимаемых кадров: если один компьютер передает другому несколько блоков данных, то принимающий компьютер получит эти блоки именно в той последовательности, в какой они были переданы.
При помощи канальных протоколов проверяется также наличие соединения между компьютерами. При наличии физического соединения необходимо подтверждение готовности сети к пе редаче информации, которое касается передающего и принимающего узлов, а также канала связи. Для этого должна быть предусмотрена процедура опроса канала связи и обработки вариантов его ответа. Линейные протоколы предусматривают контроль правильности передаваемых данных и подтверждение отсутствия ошибок при передаче. После окончания передачи данных канал связи переводится в неактивное состояние.
При передаче текстов символы кодируются с помощью определенной кодовой таблицы, которая задается используемым протоколом. Семибитовое кодирование позволяет передавать заглавные и строчные буквы английского алфавита, а также некоторые спецсимволы. Восьмибитовый код позволяет кодировать также знаки национального алфавита и специальные знаки.
Канал связи или принимающее устройство могут быть не готовы к передаче данных из-за занятости или по другим причинам. Такая ситуация называется сетевым конфликтом, или коллизией. Для разрешения конфликта процесс передачи данных откладывается на определенное время, а затем повторяется. Поскольку при передаче информации по каналам связи возможны искажения, приводящие к ошибкам, приходится принимать некоторые меры для того, чтобы установить наличие ошибки в переданном сообщении и по возможности локализовать ее позицию в сообщении. Для этого к сообщению добавляются дополнительные разряды, вычисленные на основе разрядов сообщения по определенному алгоритму (обычно это биты четности). После передачи сообщения вычисле ние повторяется, и в случае несовпадения делается вывод о наличии ошибки и сообщение передается заново.
На канальном уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими компьютерами, синхронизация пакетов, обнаружение и исправление ошибок. В локальных вычислительных сетях канальный уровень разбит на два подуровня: подуровень логической связи и подуровень доступа к среде. За канальный уровень отвечают в коллекции документов обеспечение сетевого адаптера, сетевые драйверы и сетевая ОС.
Протоколы сетевого уровня действуют в пределах локальной сети. На этом уровне сетевой модуль добавляет к сообщению информацию об отправителе и получателе сообщения и всю необходимую информацию для доставки пакета, по сети. Передающий узел должен знать, с какими компьютерами он соединен. Эта информация хранится в виде таблиц либо в самом компьютере, либо в том компоненте сети, который управляет всей сетью. Благодаря этим таблицам, зная сетевой адрес получателя, сетевой модуль осуществляет маршрутизацию пакета внутри локальной сети. При этом требуется наличие сетевого адреса в пакете.
Сетевой уровень должен обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование (т.е. выбор одного из нескольких протоколов), управление потоками данных. В частности, на этом уровне должны выполняться буферизация данных и обеспечение правильного порядка передаваемых пакетов данных. К этому уровню в системе протоколов TCP/IP относится протокол IP (Internet Protocol). Отвечает за этот уровень сетевое программное обеспечение передающего узла. Обычно эти функции выполняет сетевая ОС или сетевая оболочка.
Протоколы транспортного уровня поддерживают непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом компьютерами вне зависимости от их месторасположения. Транспортный заголовок позволяет обеспечить надежность доставки данных. Сетевые модули транспортного уровня проверяют контрольные суммы и принимают решение о сборке сообщения в одно целое. Если предыдущий уровень (сетевой) определя ет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных.
Служебная информация, которая добавляется к пакетам согласно протоколам транспортного уровня, должна обеспечить адресацию пакетов, обнаружение сбоев передачи и сборку сообщения из пакетов. Ответственными за этот уровень являются передающие узлы, участвующие в передаче информации, поэтому служебная информация содержит сведения и для передающих узлов. От нее зависят качество транспортировки и сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат, непрерывная и безошибочная передача данных. Транспортный уровень может выполнять разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приемном. На этом уровне может выполняться согласование сетевых уровней различных несовместимых между собой сетей через специальные шлюзы. Например, такое согласование требуется для объединения локальных сетей в глобальные. В частности, в системе протоколов TCP/IPB транспортный уровень представлен двумя протоколами: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagramm Protocol).
Сеансовый уровень используется в тех случаях, когда прикладные программы на разных компьютерах обмениваются информацией несколько раз в рамках одного сеанса связи. В таких случаях кроме собственно данных необходимо передавать запросы на проведение сеанса и подтверждение к установлению сеансовой связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров сеанса связи и устройств, участвующих в передаче информации, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу данных. Кроме того, сеансовый уровень дополнительно содержит функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасполо женных уровнях. Ответственной за этот уровень является сама прикладная программа.
В некоторых случаях передаваемый блок информации представляет собой данные в одном из стандартных форматов: это могут быть тексты, таблицы, картинки, аудиоданные и т.д. В этом случае пакет снабжается заголовком, задающим используемый формат. Кроме того, часто передаваемая информация сжимается с помощью одного из стандартных архиваторов. Указания подобного рода добавляются к пакету на уровне представления данных. Этот уровень задает формат представления данных в сообщении, их кодирование и сжатие, на этом будет основываться расшифровка данных принимающей стороной. Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных, а также для их подготовки для пользовательского прикладного уровня. Так, если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (например, персональные компьютеры и мэйнфреймы), необходимо выполнить преобразование кодов символов.
Подготовка сообщения к передаче начинается с прикладного уровня. Ответственна за этот уровень та прикладная программа, которая посылает сообщение, а служебная информация используется той прикладной программой, которая сообщение получает. Например, к прикладному уровню относится обработка сообщений электронной почты, а также такие сервисы Интернета, как FTP, Telnet, HTTP и т.п.
Коммуникационное оборудование сети
Базой коммуникационных сетей являются физические средства соединения. В их качестве выступают различные типы каналов. В современных коммуникационных сетях используются телефонный и оптоволоконный каналы, радио- и спутниковый каналы, используется как аналоговый, так и цифровой способы передачи данных.
|
