Уровни модели взаимодействия открытых систем являются. Модель взаимодействия открытых систем

Лекция 3

Вопросы к лекции 2.

1.На какие подсистемы делится ТфОП?

2. Какие иерархические уровни имеет ТфОП?

3. Как связаны ТМгУС с ТМнУС?

4. Для чего служит индекс АВС в корпоративных сетях?

3. С помощью каких средств реализуется установление соединœения в системах с КК?

4. Каким является соединœение в сети с КК логическим или физическим?

5. Какие функции выполняет узел STP при сигнализации по ОКС №7?

6. Какой узел сети сигнализации устанавливается при обслуживании каналом ОКС №7 соединœения ЗУС- ТМгУС?

Для упорядочения принципов взаимодействия устройств в сетях международная организация стандартизации (Organization of Standardization - ISO) предложила семиуровневую эталонную коммуникационную модель ʼʼВзаимодействия Открытых Системʼʼ (ВОС) или (Open System Interconnection, OSI). Модель OSI стала основой для разработки стандартов на взаимодействие систем. Она определяет только схему выполнения необходимых задач, но не дает конкретного описания их выполнения. Это описывается конкретными протоколами или правилами, разработанными для определœенной технологии с учетом модели OSI. Уровни OSI могут реализовываться как аппаратно, так и программно.

Существует семь базовых уровней модели OSI (рис. 4.1). Οʜᴎ начинаются с физического уровня и заканчиваются прикладным. Каждый уровень предоставляет услуги для более высокого уровня. Седьмой уровень обслуживает непосредственно пользователœей.

Рис. 4.1 Модель OSI-ВОС.

Модель OSI послужила основой для стандартизации всœей сетевой индустрии. Вместе с тем, модель OSI является хорошей методологической основой для изучения сетевых технологий. Несмотря на то что были разработаны и другие модели большинство поставщиков сетевого оборудования определяет свои продукты в терминах эталонной модели OSI.

Эталонная модель OSI сводит передачу информации в сети к семи относительно простым подзадачам. Каждая из них соответствует своему строго определœенному уровню модели OSI. Тем не менее, в реальной жизни некоторые аппаратные и программные средства отвечают сразу за несколько уровней. Два самых низких уровня модели OSI реализуются как аппаратно, так и программно. Остальные пять уровней, в основном, программные.

Эталонная модель OSI определяет назначение каждого уровня и правила взаимодействия уровней (табл.).

Рис. Уровни модели ВОС и их основные свойства.

Модель OSI описывает путь информации через сетевую среду от одной прикладной программы на одном компьютере до другой программы на другом компьютере. При этом пересылаемая информация проходит вниз через всœе уровни системы. Уровни на разных системах не могут общаться между собой напрямую. Это умеет только физический уровень. По мере прохождения информации вниз внутри системы она преобразуется в вид, удобный для передачи по физическим каналам связи. Для указания адресата к этой преобразованной информации добавляется заголовок с адресом. После получения адресатом этой информации, она проходит через всœе уровни наверх. По мере прохождения информация преобразуется в первоначальный вид. Каждый уровень системы должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями.

Основная идея модели OSI в том, что одни и те же уровни на разных системах, не имея возможности связываться непосредственно, должны работать абсолютно одинаково. Одинаковым должен быть и сервис между соответствующими уровнями различных систем. Нарушение этого принципа может привести к тому, что информация, посланная от одной системы к другой, после всœех преобразований будет не похожа на исходную. Проходящие через уровни данные имеют определœенный формат. Сообщение, как правило, делится на заголовок и информационную часть. Конкретный формат зависит от функционального назначения уровня, на котором информация находится в данное время. К примеру, на сетевом уровне информационный блок состоит из сетевого адреса и следующими за ним данными. Данные сетевого уровня, в свою очередь, могут содержать заголовки более высоких уровней - транспортного, сеансового, уровня представления и прикладного. И, наконец, не всœе уровни нуждаются в присоединœении заголовков. Некоторые уровни просто выполняют преобразование получаемых физических данных к формату, подходящему для смежных уровней.

Эталонная модель OSI не определяет реализацию сети. Она только описывает функции каждого уровня и общую схему передачи данных в сети. Она служит основой сетевой стратегии в целом.

Протоколы и интерфейсы

Чтобы упростить проектирование, анализ и реализацию обмена сообщениями между компьютерами, эту процедуру разбивают на несколько иерархически связанных между собой подзадач.

При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны следовать множеству соглашений. К примеру, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определœения длины сообщений, договориться о методах контроля и т. п. Соглашения должны быть едиными для всœех уровней, от самого низкого уровня передачи битов до самого высокого уровня, определяющего интерпретацию информации. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений на одном уровне, называются протоколами. Иерархически организованная совокупность протоколов принято называть стеком коммуникационных протоколов.

Протоколы сосœедних уровней на одном узле взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко определœенными правилами, описывающими формат сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор услуг, которые нижелœежащий уровень предоставляет вышелœежащему.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь пользовательских приложений. Приложения реализуют свои собственные схемы взаимодействия, обращаясь к системным средствам.

Приложение может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машинœе, но и для получения услуг того или иного сетевого сервиса, к примеру, доступа к удаленным файлам, передачу почты или печати на общем принтере.

Предположим, что приложение обращается с запросом к прикладному уровню, к примеру к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата͵ в ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ помещает служебную информацию (заголовок) и необходимые данные. Далее это сообщение направляется уровню представления. Уровень представления добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который добавляет свой заголовок и т. д. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который непосредственно передает его по линиям связи.

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие функции и передает сообщение вышелœежащему уровню. Как правило, между взаимодействующими машинами оказываются промежуточные устройства различных типов.

В модели OSI различается два базовых типа протоколов. В протоколах с установлением соединœения (Connection-Oriented Network Service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединœение и, возможно, выбрать протокол, который они будут использовать. После завершения диалога они должны разорвать соединœение.

Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединœения (Connectionless Network Service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. В сетях используются как те, так и другие протоколы.

Уровни модели OSI

Понятие и виды. Классификация и особенности категории "Модель Взаимодействия Открытых Систем." 2017, 2018.

МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection , OSI ), предложенная Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization , ISO ) . Модель ISO / OSI предполагает, что все сетевые приложения можно подразделить на семь уровней, для каждого из которых созданы свои стандартыи общие модели. В результате задача сетевого взаимодействия делиться на меньшие и более легкие задачи, обеспечивается совместимость между продуктами разных производителей и упрощается разработка приложений за счёт создания отдельных уровней и использования уже существующих реализаций.

Рисунок 1. Семиуровневая модель

Теоретически, каждый уровень должен взаимодействовать с аналогичным уровнем удаленного компьютера. На практике каждый из них, за исключением физического, взаимодействует с выше – и нижележащими уровнями – представляет услуги вышележащему и пользуется услугами нижележащего. В реальной ситуации на одном компьютере независимо друг от друга иногда выполняется несколько реализаций одного уровня. Например, компьютер может иметь несколько сетевых адаптеров стандарта Ethernet или адаптеры стандартов Ethernet и Token -Ring и.т.д.

Рассмотрим подробнее каждый из семи уровней и их применение.

Физический уровень

Физический уровень описывает физические свойства (например, электромеханические характеристики) среды и сигналов, переносящих информацию. Это физические характеристики кабелей и разъемов, уровни напряжений и электрического сопротивления и.т.д., в том числе, например, спецификация кабеля «неэкранированная витая пара» (unshielded twisted pair , UTP )

Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает перенос данных по физической среде. Он поделен на два подуровня: управления логическим каналом (logical link control , LLC ) и управления доступом к среде (media access control , MAC ). Такое деление позволяет одному уровню LLC использовать различные реализации уровня MAC . Уровень MAC работает с применяемым в Ethernet и Token -Ring физическими адресами, которые «вшиты» в сетевые адаптеры их производителями. Следует различать физические и логические (например, IP ) адреса. С последним работает сетевой уровень.

Сетевой уровень

В отличии от канального уровня, имеющего дело с физическими адресами, сетевой уровень работает с логическими адресами. Он обеспечивает подключение и маршрутизацию между двумя узлами сети. Сетевой уровень предоставляет транспортному уровню услуги с установлением соединения (connection -oriented ), например Х.25, или без установления такового (connectionless ) например IP (internet protocol ). Одна из основных функций сетевого уровня – маршрутизация.

К протоколам сетевого уровня относиться IP и ICMP (Internet Control Massage Protocol ).

Транспортный уровень

Транспортный уровень предоставляет услуги, аналогично услугам сетевого уровня. Надежность гарантируют лишь некоторые (не все) реализации сетевых уровней, поэтому ее относят к числу функций, выполняемых транспортным уровнем. Транспортный уровень должен существовать хотя бы потому, что иногда все три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) предоставляет оператор услуг связи. В этом случае, используя соответствующий протокол транспортного уровня, потребитель услуг может обеспечить требуемую надежность услуг. TCP (Transmission Control Protocol) – широко распространенный протокол транспортного уровня.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень обеспечивает установление и разрыв сеансов, и управление ими. Сеанс – это логическое соединение между двумя конечными пунктами. Наилучший пример этой модели – телефонный звонок. При наборе номера Вы устанавливаете логическое соединение, в результате на другом конце провода звонит телефон. Когда один из собеседников говорит «аллё», начинается передача данных. После того как один из абонентов вешает трубку, телефонная компания выполняет некоторые действия для разрыва соединения. Сеансовый уровень следит также за очередностью передачи данных. Эту функцию называют «управление диалогом» (dialog management ). Вот примеры протоколов сеансового, представительного и прикладного уровней – SMTP (Simple Mail Transfer Protocol ), FTP (File Transfer Protocol ) и Telnet .

Представительный уровень

Представительный уровень позволяет двум стекам протоколов «договариваться» о синтаксисе (представлении) передаваемых друг другу данных. Поскольку гарантий одинакового представления информации нет, то этот уровень при необходимости переводит данные из одного вида в другой.

Прикладной уровень

Прикладной уровень – высший в модели ISO / OSI . На этом уровне выполняться конкретные приложения, которые пользуются услугами представительного уровня (и косвенно – всех остальных). Это может быть обмен электронной почтой, пересылка файлов и любое другое сетевое приложение.

Таблица 1. модель ISO / OSI и некоторые протоколы соответствующих уровней.

Несколько странным может показаться введение отдельного параграфа в конце второго тома для обсуждения неоднократно упоминавшейся ранее модели взаимодействия открытых систем OSI. Но, во-первых, автор давно обещал это сделать, во-вторых, этого требует специфика рассматриваемого в данной главе прото­кола Х.25, а в-третьих, книга подходит к концу, и другого случая может и не быть.

Многоуровневый комплект протоколов, известный как мо­дель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Inter­connection), разработан в 1984 году Международной организацией по стандартизации ISO совместно с Сектором стандартизации электросвязи 1TU-T, называвшимся в те времена Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (МККТТ), для обеспечения обмена данными между компьютер­ными сетями. Структура модели OSI представлена на рис. 9.1.

Применительно к системам электросвязи модель OSI служит для того, чтобы четко определить структуру множества функций, поддерживающих информационный обмен между пользователя­ми услугами системы электросвязи, которая, в общем случае, со­держит в себе сеть связи. Подход, использованный в модели OSI, предусматривает разделение этих функций на семь «слоев» (layers) или «уровней», расположенных один над другим. С точки зрения любого уровня все нижележащие уровни предоставляют ему «ус­лугу транспортировки информации», имеющую определенные ха­рактеристики. То, как реализуются нижележащие уровни, для вы­шележащих уровней не имеет значения. С другой стороны, для нижних уровней безразличны как смысл поступающей от верхних уровней информации, так и то, с какой целью она передается.

Такой подход предусматривает стандартизацию интерфейсов между смежными уровнями, благодаря чему реализация любого уровня становится независимой от того, каким образом реализу­ются остальные уровни.

Протокол Х.25 ___ _________ 257

Рис. 9.1. Структура модели OSI

Уровень 1 (или физический уровень) обеспечивает прозрачную передачу потока битов по каналу, организованному между смеж­ными узлами сети с использованием той или иной передающей среды, и формирует интерфейс с этой средой. Характеристики пе­редачи (в частности, коэффициент битовых ошибок BER) опреде­ляются свойствами этого канала и от функций уровня 1 не зависят.

Уровень 2 (или уровень звена данных) формирует двусторон­ний канал связи (то есть прямое звено связи между смежными уз­лами сети), используя для этого два предоставляемых уровнем 1 цифровых канала с противоположными направлениями передачи. Важнейшие функции уровня 2 - обнаружение и исправление оши­бок, которые могут возникнуть на уровне 1, что делает независи­мым качество услуг этого уровня от качества получаемых «снизу» услуг передачи битов.

Уровень 3 (или сетевой уровень) формирует так называемые сетевые услуги, маршрутизацию и коммутацию соединений, обес­печивающие перенос через сеть информации, которой обмениваются

258 Глава 9 ___________________________________

пользователи открытых систем, размещенных в разных (и, в общем случае, несмежных) узлах сети.

Уровень 4 (или транспортный уровень) осуществляет «сквоз­ную» (от одного конечного пользователя до другого) оптимизацию использования ресурсов (то есть сетевых услуг) с учетом типа и ха­рактера связи, избавляя своего пользователя от необходимости принимать во внимание какие бы то ни было детали, связанные с переносом информации. Этот уровень всегда оперирует со всей связью в целом, дополняя, если это требуется, функции уровня 3 в части обеспечения нужного конечным пользователям качества ус­луг.

Уровень 5 (или уровень сеанса) обеспечивает координацию («внутри» каждой связи) взаимодействия между прикладными про­цессами. Примеры возможных режимов взаимодействия, которые поддерживаются уровнем 5: дуплексный, полудуплексный или симплексный диалог.

Уровень 6 (или уровень представления) производит преобра­зование из одной формы в другую синтаксиса транспортируемых данных. Это может быть, например, преобразование ASCII в EBCDIC и обратно.

Уровень 7 (или прикладной уровень) содержит функции, свя­занные с природой прикладных процессов и необходимые для удовлетворения тех требований, которые существенны с точки зре­ния взаимодействия прикладных процессов в системах А и В (рис. 9.1), или, говоря иначе, с точки зрения доступа этих процессов к среде OSI. Так как это самый верхний уровень модели OSI, он не име­ет верхней границы.

Таким образом, функции уровней 1-3 обеспечивают транс­портировку информации из одного пункта территории в другой (возможно, более чем через одно звено, то есть с коммутацией) и потому связаны с отдельными элементами сети связи и с ее внут­ренней структурой. Функции уровней 4-7 относятся только к «сквоз­ной» связи между конечными пользователями и определены таким образом, что они не зависят от внутренней структуры сети.

Поскольку в силу тех или иных специфических особенностей разных уровней в них могут формироваться и обрабатываться ин­формационные блоки различных размеров, в большинстве уров­ней предусматриваются, в числе прочих, функции сегментации блоков данных и/или их объединения.

Протокол Х.25 259

Любой функциональный уровень, например, уровень N (или N-уровень), содержит некоторое множество функций, которые вы­полняет соответствующая аппаратно-программная, т.е. физическая, подсистема (ее удобно называть подсистемой ранга N или N-подсистемой). N-подсистема содержит в себе активные элемен­ты, которые реализуют определенные для нее функциональные воз­можности (либо все их множество, либо каждый элемент выполня­ет вполне определенную часть этого множества). В англоязычной литературе такого рода активный элемент принято называть entity, a в литературе на русском языке чаще всего используется термин логический объект.

Итак, логическим объектом уровня N (или логическим N-объ­ектом, или, если из контекста ясно, о чем идет речь, то просто N-объектом) называется множество функций, привлекаемых N-уровнем к обслуживанию конкретной связи между (N+1)-под­системами.

Процесс обмена информацией между двумя физическими сис­темами через сеть можно интерпретировать как процесс взаимодей­ствия двух открытых систем, размещенных в разных географических точках. Взаимодействие это связано с тем, что пользователям той и другой системы нужно обмениваться данными, необходимыми для выполнения тех или иных задач. Обе взаимодействующие системы имеют многоуровневую архитектуру, причем функции любого од­ного и того же уровня в той и другой системе идентичны (или, по меньшей мере, согласованы).

В подобных условиях уместно говорить о том, что на каждой фазе взаимодействия между двумя системами имеет место взаи­модействие между подсистемами одного ранга, размещенными в системе А и в системе В. При этом подсистема ранга (N+1) в сис­теме, которая инициирует данную фазу (например, в системе А), должна завязать диалог с подсистемой того же ранга (N+1) в сис­теме, привлекаемой к участию в данной фазе (например, в систе­ме В). (N+1)-подсистема, размещенная в системе В, должна, в свою очередь, поддержать продолжение диалога. Иными словами, долж­на быть организована информационная связь между подсистема­ми одного ранга, размещенными в разных системах (peer-to-peer communication).

При организации и в процессе такой связи подсистема ранга (N+1), находящаяся в системе А, обращается к услугам подсисте­мы ранга N в той же системе А. Логический (N+l)- объект системы

260 Глава 9 __________________________________

А передает к N-объекту своей системы запрос, конечная цель которого состоит в том, чтобы вызвать ответную реакцию логиче­ского (N+ 1)-объекта системы В. На пути к этой цели N-объект сис­темы А обращается к услугам (N-1)-объекта своей системы, тот, в свою очередь, - к услугам (N-2)-объекта и т.д., вплоть до логическо­го объекта уровня 1, который обеспечивает использование физиче­ской среды для передачи битов, несущих запрос от системы А к сис­теме В. Логический объект уровня 1 системы В, приняв эти биты, формирует соответствующую индикацию для логического объекта уровня 2 своей системы, тот сообщает об этом логическому объекту уровня 3 и т.д. «вверх» до тех пор, пока индикация приема запроса не достигнет логического (N+ 1)-объекта системы В.

Далее, в общем случае, происходит обратный процесс. От­клик логического (N+1)-объекта системы В передается к системе А с привлечением услуг N-объекта, затем - (N-1)-объекта и т.д. в системе В, а прием уровнем 1 системы А битов, которые доставили отклик, интерпретируется логическими объектами системы А как подтверждение системой В приема отправленного к ней запроса. Это подтверждение проходит в системе А уже понятным читателю путем «вверх», пока не достигнет отправившего запрос логическо­го (N+l)-o6beKTa.

Сказанное иллюстрирует рис. 9.2, на котором запрос, индика­ция, отклик и подтверждение фигурируют как имена сервисных примитивов.

Взаимодействие между логическими (N)-объектами двух взаимодействующих открытых систем происходит в соответствии с (М)-протоколом. Информация, обмен которой поддерживает (N)-протокол, оформляется в так называемые протокольные блоки дан­ных (N)-PDU (protocol data units).

Для передачи (N)-PDU логический (N) -объект обращается к услугам расположенного ниже (N-1)-уровня и передает к нему свои PDU в составе сервисных блоков данных (N- 1)-SDU (service data units), используя сервисные (N-1)-примитивы. Логический (N-1)-объект одной системы взаимодействует с логическим (N- 1)-объектом дру­гой системы в соответствии с (N-1) -протоколом, вводя содержимое (N-l)-SDU в протокольные блоки данных (N-l)-PDU, то есть до­полняя каждый (N-l)-SDU управляющей информацией протокола (N-l)-PCI (protocol control information). Далее, для передачи (N-1)-PDU происходит обращение к услугам (N-2)-уровня и т.д.

Сказанное иллюстрирует рис. 9.3.

Протокол Х.25 261

Рис. 9.3. Протокольные и сервисные блоки данных

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Протоколы

Глава.. примеры сообщений освобождения сигнального пути.. сообщение le disconnect генерируется когда реше ние освободить сигнальный путь принимает станция в ре зультате..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов регламентирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных. Протокол это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети охватывающий основные процедуры алгоритмы и форматы взаимодействия обеспечивающие корректность согласования преобразования и передачи данных в сети. Говоря на разных языках люди могут не понимать друг друга также и сети использующие разные протоколы.

Модель взаимодействия открытых систем

Управление таким сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, как передача и обработка данных в разветвленной сети, требует формализации и стандартизации процедур:

Выделения и освобождения ресурсов компьютеров и системы телекоммуникации;

Установления и разъединения соединений;

Маршрутизации, согласования, преобразования и передачи данных;

Контроля правильности передачи;

Исправления ошибок и т. д.

Необходимость стандартизации протоколов важна и для понимания сетями друг

друга при их взаимодействии.

Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов, регламентирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол — это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже аппаратные средства.

Протоколы для сетей — то же самое, что язык для людей. Говоря на разных языках, люди могут не понимать друг друга, — также и сети, использующие разные протоколы. Но и внутри сети протоколы обеспечивают разные варианты обращения с информацией, разные виды сервиса при работе с ней. От эффективности этих сервисов, их надежности, простоты, удобства и распространенности зависит то, насколько эффективна и удобна вообще работа человека в сети.

Международной организацией по стандартизации (ISO — International Organisation for Standardization) разработана система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI), часто называемая также эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.

Открытая система — система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Эта система протоколов базируется на технологии «разделяй и властвуй», то есть на разделении всех процедур взаимодействия на отдельные мелкие функциональные уровни, для каждого из которых легче создать стандартные алгоритмы их построения.

Модель OSI представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, она же служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования, то есть эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей. В настоящее время модель взаимодействия открытых систем является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель регламентирует общие функции, а не специальные решения, поэтому решенные сети имеют достаточно пространства для маневра. Итак, для упорядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней (табл. 11.1).

Таблица 11.1. Уровни управления модели OSI

Уровень OSI

Назначение

Примеры протоколов

7 Прикладной Обеспечивает прикладным процессам

пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем

6 Представления Устанавливает стандартные способы

представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами

5 Сеансовый Обеспечивает средства, необходимые
сетевым объектам для организации,
синхронизации и административного
управления обменом данных между ними

4 Транспортный Обеспечивает надежную, экономичную и «прозрачную» передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня

3 Сетевой Обеспечивает маршрутизацию передачи
данных в сети, устанавливает логический
канал между объектами для реализации
протоколов транспортного уровня

2 Канальный Обеспечивает непосредственную связь

объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня

1 Физический Формирует физическую среду передачи

данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой

Х .400, NCR HTTP, SMTP, FTP, FTAM, SAP, DNS, Telnet и т . д .

X.226

X.225, RPC, NetBEUT и т . д .

Х .224, TCP, UDP, NSP, SPX, SPP, RH и т . д .

X.25, X.75, IP, IPX, IDP, TH, DNA-4 и т . д .

LAP-B, HDLC, SNAP, SDLC, IEEE 802.2 и т . д .

Ethernet, Arcnet, Token Ring, IEEE 802.3, 5

Кратко поясним назначение протоколов OSI.

Прикладной уровень (application) — управление терминалами сети и прикладными процессами, которые являются источниками и потребителями информации, передаваемой в сети. Ведает запуском программ пользователя, их выполнением, вводом-выводом данных, управлением терминалами, административным управлением сетью. На этом уровне обеспечивается предоставление пользователям различных услуг, связанных с запуском его программ, начиная от простой передачи данных и до формирования технологии виртуальной реальности. На этом уровне функционируют технологии, являющиеся как бы надстройкой над инфраструктурой собственно передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в среде Всемирной информационной паутины и т. д.

Уровень представления (presentation) — интерпретация и преобразование передаваемых в сети данных к виду, удобному для прикладных процессов. Обеспечивает представление данных в согласованных форматах и синтаксисе, трансляцию и интерпретацию программ с разных языков, шифрование данных. На практике многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому протоколы уровня представлений не получили развития и во многих сетях практически не используются.

Сеансовый уровень (session) — организация и проведение сеансов связи между прикладными процессами (инициализация и поддержание сеанса между абонентами сети, управление очередностью и режимами передачи данных: симплекс, полудуплекс, дуплекс, например). Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядоченного обмена данными на практике реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.

Транспортный уровень (transport) — управление сегментированием данных (сегмент — блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю (обмен управляющей информацией и установление между абонентами логического канала, обеспечение качества передачи данных). На этом уровне оптимизируется использование услуг, предоставляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Большое внимание на этом уровне уделено контролю достоверности передаваемой информации.

Сетевой уровень (network) — управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация: каналов, сообщений, пакетов и мультиплексирование). На этом уровне реализуется главная телекоммуникационная функция сетей — обеспечение связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне выполняется структуризация данных — разбивка их на пакеты и присвоение пакетам сетевых адресов (пакет — блок данных сетевого уровня).

Канальный уровень (data—link) — формирование и управление физическим каналом передачи данных между объектами сетевого уровня (установление, поддержание и разъединение логических каналов), обеспечение прозрачности (кодонезависимости) физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи). Протоколы этого уровня весьма многочисленны и существенно отличаются друг от друга своими функциональными возможностями. На этом уровне действуют, например, протоколы доступа к моноканалу. Управление выполняется на уровне кадров (кадр — блок данных на канальном уровне). Физический уровень (physical) — установление, поддержание и расторжение соединений с физическим каналом сети (обеспечение нужными физическими реквизитами подключения к физическому каналу). Управление выполняется на уровне битов цифровых (импульсы, их амплитуда, форма) и аналоговых (амплитуда, частота, фаза непрерывного сигнала).

Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок (header), служебная информация, данные, концевик. Каждый уровень при передаче блока информации нижестоящему уровню снабжает его своим заголовком. Заголовок вышестоящего уровня воспринимается нижестоящим как передаваемые данные. На рис. 11.6 показана структура передачи данных модели OSI с добавленными заголовками.

Рис. 11.6. Структура передачи данных модели OSI

Средства каждого уровня отрабатывают протокол своего уровня и интерфейсы с соседними уровнями. Нижестоящие уровни обеспечивают возможность функционирования вышестоящих; при этом каждый уровень имеет интерфейс только с соседними уровнями и на каждом уровне управления оговаривается: - спецификация услуг (что делает уровень?); - спецификация протоколов (как это делается?).

Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Указанные уровни управления можно по разным признакам объединять в группы:

Уровни 1, 2 и частично 3 реализуются в большей части за счет аппаратных средств; верхние уровни с 4 по 7 и частично 3 обеспечиваются программными средствами;

Уровни 1 и 2 обслуживают абонентскую подсеть, уровни 3 и 4 коммуникационную подсеть, уровни 5-7 обслуживают прикладные процессы, выполняемые в сети;

Уровни 1 и 2 ответственны за физические соединения; уровни 3-6 заняты организацией передачи, передачей и преобразованием информации в понятную для абонентской аппаратуры форму; уровень 7 обеспечивает выполнение прикладных программ пользователя.

Стеки протоколов наиболее распространенных сетей — сети Х.25, глобальной сети Интернет и локальной вычислительной сети NovellNet Ware — показаны на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Стеки протоколов некоторых известных сетей

24.Сети и сетевые технологии нижних уровней

Ceть lSDN

Сразу оговоримся, что одни и те же наименования технологий могут быть использованы для идентификации протоколов и сетей. Например, протокол, применяющий технологию ISDN, может быть назван протоколом ISDN, а сеть, построенную с использованием данной технологии, можно назвать сетью ISDN. Цифровая сеть с интеграцией услуг ISDN (Integrated Serviced Digital Network) использует цифровые каналы связи в режиме коммутации каналов. Это самая популярная и распространенная цифровая сеть с коммутацией каналов как в Европе, так и на других континентах (по распространенности она уступает лишь аналоговой телефонной сети). Первоначально ISDN задумывалась как сеть, способная интегрировать существующие телефонные сети с зарождающимися тогда сетями передачи данных.

Адресация в сети строится по телефонному принципу. Номер ISDN состоит и: 15 десятичных цифр и включает в себя код страны, код сети и код местной подсети. Код страны такой же, как в обычной телефонной сети. По коду сети выполняется переход в заданную сеть ISDN. Внутри подсети для адресации используете; десятичных цифр, что позволяет детально идентифицировать любое устройство.

Возможно, в перспективе сеть ISDN будет глобальной цифровой магистралью, соединяющей как офисные, так и домашние компьютеры (и другую цифровую аппаратуру) и предоставляющей их владельцам высокоскоростную передачу данных.

Основным достоинством сетей ISDN является то, что они позволяют объединить единое целое различные виды связи (видео-, аудиопередачу данных). Можно, Например, одновременно осуществлять связь нескольких видов: беседовать по видеотелефону и по ходу разговора выводить на экран компьютеров схемы, графики, кеты и т. д. Скорости передачи данных, реализуемые сетью: 64 кбит/с, 128 кбит/с, более дорогих системах и до 2 Мбит/с, а в мощных сетях на широкополосных каналах связи до 155 Мбит/с.

Компоненты сетей ISDN

Компонентами сетей ISDN являются (рис. 11.8) терминалы (terminals), терминаль-ые адаптеры (terminal adapters ТА), сетевые терминалы (network termination evices), линейные терминалы (line-termination equipment) и магистральные уст-ойства (exchange-termination equipment).

Рис. 11.8. Физическая структура сети ISDN ;

Специализированные ISDN-терминалы ТЕ1 обеспечивают представление данных пользователю и непосредственное подключение пользователя к интегрированной сети. Простые терминалы ТЕ2 представляют собой терминалы в обычном понимании этого термина и не обеспечивают непосредственного подключения пользователя к сети ISDN.

Терминальный адаптер ТА обеспечивает подключение простых терминалов к сети ISDN. Точка сопряжения R используется для подключения простых терминалов к терминальным адаптерам.

Сетевые терминалы NT1 и NT2 обеспечивают подключение терминалов пользователя к различным точкам сопряжения сети ISDN. Точка сопряжения S используется для подключения терминалов пользователя к сетевому терминалу. Сетевой терминал NT2 обеспечивает взаимодействие с сетью терминалов пользователя, которые подключены к магистрали S. Точка сопряжения Т используется для подключения сетевых терминалов NT1 и NT2. Точка сопряжения U используется для подключения сетевого терминала NT1 к коммутатору ISDN.

Пользовательские интерфейсы сетей ISDN

Пользователь может соединяться с сетью как по цифровым, так и по аналоговым каналам, в последнем случае на входе сети выполняется аналого-цифровое, а на выходе сети цифро-аналоговое преобразование информации.

Внутрисетевой интерфейс базируется на цифровых каналах трех типов:

В — основной канал передачи пользовательских данных со скоростью передачи данных 64 кбит/с;

D — канал передачи управляющей (адресной) информации, на основании которой выполняется коммутация каналов (может передавать и пользовательские данные с низкой скоростью) со скоростью передачи 16 или 64 кбит/с;

H — канал высокоскоростной передачи пользовательских данных со скоростями передачи 384 (канал НО), 1536 (канал Н11), 1920 (канал Н12) кбит/с.

На основании этих каналов сеть ISDN поддерживает два типа пользовательских интерфейсов.

1. Начальный пользовательский интерфейс BRI (Basic Rate Interface) выделяет пользователю два канала В для передачи данных и один канал D (16 кбит/с) для передачи управляющей информации (формат 2B+D) и обеспечивает общую пропускную способность 192 кбит/с. Данные по интерфейсу передаются 48-битными кадрами. Передача кадра длится 250 мс, что обеспечивает пропускную способность каналов В 64 кбит/с, а канала D — 16 кбит/с. Возможно использование не только формата 2 B+D, но и B+D, и просто D. Протокол физического уровня построен по стандарту 1.430/431. Различные каналы пользователя могут мультиплексировать (разделять) один физический канал по технологии TDM (Time Division Multiplexing).

2. Основной пользовательский интерфейс — интерфейс первичной скорости PRI (Primary Rate Interface), обеспечивает пользователей более скоростной передачей данных, выделяя ему ресурсы по форматам 30B+D (в Европе) или 23B+D (на других континентах). Суммарная пропускная способность составляет 2048 кбит/с в Европе и 1544 кбит/с на других континентах (в принципе, соответствующей настройкой системы можно реализовать и другие форматы: при одном D устанавливать любое значение В, но не более 31). В интерфейсе PRI могут использоваться и каналы Н, но общая пропускная способность не должна превышать 2048 кбит/с (то есть для каналов Н11 и Н12 возможен только формат H+D). Основной пользовательский интерфейс используют сети N-ISDN (narrowband). При использовании широкополосных каналов связи могут быть организованы более мощные сети D-ISDN (broadband), способные передавать данные со скоростью 155 000 кбит/с.

Интеграция разнородных трафиков в сети ISDN выполняется по принципу временного разделения (time division multiplexing — TDM).

Хотя основной режим сетей ISDN — работа с коммутацией каналов, в ней реализованы также службы, обеспечивающие работу с коммутацией пакетов, трансляцией кадров (Frame Relay), по некоммутируемым (выделенным) цифровым каналам и по коммутируемой телефонной сети общего пользования.

Стек протоколов сетей ISDN

В сетях ISDN используются два отдельных стека протоколов для каналов D и каналов В (Н). Для каналов D используются протоколы сети с коммутацией пакетов, причем определены протоколы только трех нижних уровней.

На физическом уровне используется протокол по стандарту Т/430/431 (при подключении сетевого терминала к коммутатору ISDN используются кадры длиной 240 бит).

На канальном уровне управление процессами передачи данных осуществляется путем формирования вызовов. Управляющие команды, которые формируют вызов, передаются по каналам D. Для того чтобы обеспечить передачу управляющей информации вызова конкретному пользователю из группы, эта информация передается на двух уровнях модели OSI — на канальном уровне и сетевом уровне. Для передачи управляющей информации на канальном уровне используется протокол LAP-D (Link Access Procedure D-channel) — один из протоколов множества HDLC (High-lever Data Link Control Procedure), включающего в свой состав также протоколы LAP-B, используемые в сетях Х.25, и LAP-M, работающие в современных модемах. Протоколы множества HDLC осуществляют передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечаются специальной последовательностью битов, которая называется флагом.

Кадр протокола LAP-D содержит 5 полей: FLAG, ADRESS, CONTROL, Data, FCS.

Поле Data содержит передаваемое сообщение. Поле ADRESS определяет тип передаваемой информации и может содержать физический адрес терминала (Terminal Endpoint Identifier), с которым осуществляется промежуточное взаимодействие при передаче кадра.

Поле CONTROL содержит вспомогательную информацию для управления передачей:

Информационные кадры (Information Frames) — непосредственная передача управляющих сообщений сетевого уровня ISDN; в 16-разрядном поле CONTROL кадров данного типа размещаются 7-разрядные номера переданного и принятого кадра для обеспечения выполнения процедуры управления потоком;

Управляющие кадры (Supervisory Frames), предназначенные для управления процессом передачи информационных кадров и для разрешения проблем, связанных с потерями кадров в процессе передачи;

Ненумерованные кадры (Unnumbered Frames), предназначеные для установления и разрывания логического соединения, согласования параметров линии и формирования сигналов о возникновении неустранимых ошибок в процессе передачи данных информационными кадрами.

Поля FLAG и FCS — байты обрамления кадра, причем FCS содержит контрольную сумму кадра.

На сетевом уровне используется либо протокол Х.25 (коммутаторы сетей ISDN выполняют роль коммутаторов Х.25), либо протокол Q.931, выполняющий маршрутизацию с коммутацией каналов.

Для каналов В используется сеть с коммутацией каналов, причем в технологии ISDN определен только протокол физического уровня, соответствующий стандарту 1.430/431.

На канальном и следующих уровнях управление осуществляется по указаниям, полученным по каналу D. Если же для канала D используется протокол Q.931, для канала В создается непрерывный физический канал.

Сети ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Интернет, для интеграции передачи разного вида трафика, в том числе видео и голосового. Терминальными устройствами сети могут быть цифровые телефонные аппараты, компьютеры с ISDN-адаптером, видео- и аудиооборудование. Основные достоинства сетей ISDN:

Предоставление пользователю широкого круга качественных услуг: передача данных, телефония, объединение ЛВС, доступ к Интернету, передача видео-и аудиотрафика;

Использование обычных двухпроводных линий связи с мультиплексированием одного канала между несколькими абонентами;

Более высокая, нежели при работе с традиционными модемами, скорость передачи информации по телефонным каналам связи — до 128 кбит/с на один канал;

Эффективность использования в корпоративных сетях

Недостатки сетей:

Большие единовременные затраты при создании и модернизации сети;

Синхронное использование каналов связи, не позволяющее динамически подключать к работающему каналу новых абонентов. Скоростной предел передачи данных — 2048 кбит/с (в сети D-ISDN до 155 Мбит/с). Следует сказать, что для работы по цифровым каналам связи, особенно по выделенным цифровым каналам, существуют технологии, позволяющие передавать информацию с гораздо большими скоростями. Например, технологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy) и SONET (Synchronous Optical NET) обеспечивают скорости передачи, в частности по волоконно-оптическому кабелю, до 2488 Мбит/с.

Сеть и технология Х.25

Сеть Х.25 является классической полнопротоколъной сетью, разработанной Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта сеть явилась базой информационного обмена региональных и общероссийских органов управления, иных корпоративных структур. Сети Х.25, ориентированные на использование малых и больших компьютеров, существуют в сотнях городов России и базируются на инфраструктуре Ростелекома.

Главной особенностью сети Х.25 является использование виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети Х.25 во многом похож на аналогичный процесс в сетях ISDN и состоит из трех обязательных фаз:

Установление вызова (виртуального канала);

Информационный обмен по виртуальному каналу;

Разрывание вызова (виртуального канала).

Компонентами сети являются устройства трех основных категорий:

Терминальные устройства DTE (Data Terminal Equipment);

Сетевые терминалы DCE (Data Circuit-Terminating Equipment);

Магистральные коммутаторы PSE (Packet Switching Exchange).

Базовая технология Х.25 не имеет развитых протоколов прикладного уровня и предоставляет пользователям в основном транспортные услуги передачи данных. Все, что требуется сверх передачи данных, должно быть организовано дополнительно, как надстройка над технологией. Стек протоколов стандарта Х.25 включает в себя обязательные только протоколы трех нижних уровней; протоколы, иногда указываемые для верхних уровней управления, носят лишь рекомендательный характер.

На физическом уровне используется протокол Х.21. На канальном уровне используется LAP-B (Link Access Procedure Balanced) — один из протоколов множества HDLC, осуществляющих передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечаются специальной последовательностью битов, которая называется флагом. Протокол LAP-B описывает взаимодействие соседних узлов как процедуру с установлением соединения и подтверждением, при этом решает следующие задачи:

Обеспечение передачи сообщений, содержащих любое количество битов и любые возможные комбинации битов — требование кодовой прозрачности;

Выполнение при передаче данных процедур, обнаруживающих ошибки, на приемной стороне;

Защиту от потерь или искажения компонентов сообщения при возникновении ошибки в передаваемой информации;

Поддержку работы как двухточечных, так и многоточечных физических цепей; - поддержку работы и дуплексных, и полудуплексных линий связи;

Обеспечение информационного обмена при значительных вариациях времени распространения сигнала.

Для обеспечения дисциплины управления процессом передачи данных одна из станций, обеспечивающих информационный обмен, может быть обозначена как первичная, а другая (или другие) — как вторичная. Кадр, который посылает первичная станция, называется командой (command). Кадр, который формирует и передает вторичная станция, называется ответ (response).

Протоколы семейства HDLC осуществляют передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечается специальной последовательностью битов, которая называется флагом.

Структура кадра LAP-В

Кадр протокола LAP-B содержит четыре поля: ADRESS, CONTROL, Data, PCS. Поле Data содержит передаваемые данные.

В поле ADRESS располагается бит признака C/R (Command/Response), физические адреса принимающей и передающей станции.

Содержимое поля CONTROL определяет тип кадра:

Информационный;

Управляющий;

Ненумерованный.

Вторичная станция иногда также передает кадр FRMR для того, чтобы указать на возникновение аварийной ситуации, которая не может быть разрешена путем повторной передачи искаженного кадра.

Режимы организации взаимодействия на канальном уровне

Вторичная станция сегмента может работать в двух режимах:

Режим нормального ответа;

Режим асинхронного ответа.

Вторичная станция, которая находится в режиме нормального ответа, начинает передачу данных только в том случае, если она получила разрешающую команду от первичной станции. Вторичная станция, которая находится в режиме асинхронного ответа, может по своей инициативе начать передачу кадра или группы кадров. Станции, которые сочетают в себе функции первичных и вторичных станций, называются комбинированными. Симметричный режим взаимодействия комбинированных станций называется сбалансированным режимом.

На сетевом уровне используется основной протокол Х.25. Процесс сетевого уровня получает в свое распоряжение часть полосы пропускания физического канала в виде виртуального канала. Полная полоса пропускания канала делится в равных пропорциях между виртуальными каналами, которые активны в текущий момент В сети Х.25 существует два типа виртуальных каналов — коммутируемые — SVC виртуальные каналы и постоянные виртуальные каналы — PVC.

Пакет Х.25 состоит как минимум из трех байтов, которые определяют заголовок пакета. Первый байт содержит четыре бита идентификатора общего формата i четыре бита номера группы логического канала. Второй байт содержит номер логического канала, а третий — идентификатор типа пакета.

Пакеты в сети бывают двух типов:

Управляющие пакеты;

Пакеты данных.

Тип пакета определяется значением младшего бита идентификатора типа пакета. Сетевые адреса получателя и отправителя пакета состоят из двух частей:

Data Network ID Code (DNIC) — содержит 4 десятичные цифры, определяющие код страны и номер провайдера;

Network Terminal Number— содержит 10 или 11 десятичных цифр, которые провайдер определяет для идентификации конкретного пользователя.

протоколы более высоких уровней стандартом не определяются, но используются Обычно дополнительно разработанные OSI-протоколы: на транспортном уровне X.224, на сеансовом уровне — Х.225, на уровне представления — Х.226 и на присладном уровне Х.400 — протокол передачи электронной почты, CMIP (Common Management Information Protocol) — общий информационный протокол управлешя, FTAM (File Transfer, Access and Management) — протокол передачи, доступа и управления файлами и т. д.

Сеть использует коммутацию пакетов и является одной из самых распространенных корпоративных сетей этого типа. Ее популярность определяется, прежде всего, тем, что она в отличие от Интернета дает гарантии коэффициента готовности сети (одного из показателей надежности). Сеть Х.25 хорошо работает на ненадеж-1ых линиях связи благодаря использованию протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на двух уровнях: канальном и сетевом.

3 сетях Х.25 наиболее развиты протоколы канального и сетевого уровней. На канальном уровне поток данных структурируется на кадры (фреймы), каждый кадр обрамляется флагами (операторными скобками, уникальными кодами) и содержит служебную информацию (поле адреса, поле управления с последовательным номером кадра и поле контрольной суммы для проверки достоверности) и поле данных. Здесь же выполняется управление потоком данных между соседними узлами сети, определяется оптимальный по скорости режим передачи, исходя из протяженности канала и его качества, осуществляется контроль за появлением ошибок. Контроль за ошибками осуществляется во всех узлах сети. При передаче данных каждому транзитному узлу присваивается порядковый номер и после проведения контроля, одновременно с передачей пакета на следующий узел, преды-1ущему передается сообщение о подтверждении приема. При обнаружении ошибок выполняется повторная передача информации.

На сетевом уровне выполняется объединение (мультиплексирование) кадров, передаваемых из разных каналов в один поток. При этом этот поток снова структурируется — разбивается на пакеты, выполняется маршрутизация пакетов на базе информации, содержащейся в их заголовках.

Сборку, а затем разборку пакетов выполняет специальное устройство «сборщик-заборщик пакетов» (PAD, Packet Assembler Disassembler). Кроме процедур сборки-разборки PAD выполняет управление процедурами установления соединения л разъединения по всей сети с нужными компьютерами, формирование и передачу старт-стопных кодов и битов проверки на четность, продвижение пакетов по сети.

Доступ пользователей к сети Х.25 может выполняться в монопольном и пакетном режимах. Простые терминалы пользователей, например кассовые аппараты, банкоматы, можно подключать к сети непосредственно через PAD. Эти терминалы могут быть встроенными и удаленными, в последнем случае может использоваться интерфейс RS-232C.

Достоинства сети Х.25:

В сети обеспечивается гарантированная доставка пакетов;

Высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации, с помощью которого помимо основного маршрута просчитывается и несколько резервных;

Возможность работы как по аналоговым, так и цифровым каналам, как по выделенным, так и коммутируемым каналам;

Возможность в режиме реального времени разделения одного физического канала доступа между несколькими абонентами (оплата будет выполняться в этом случае не за все время соединения, а только за время передачи битов информации пользователя).

Недостатки сети Х.25:

Невысокая, обусловленная развитыми механизмами контроля достоверности информации скорость передачи данных — обычно в пределах от 56 до 64 кбит/с;

Невозможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик (оцифрованный голос, видеоинформацию), что обусловлено необходимостью частой повторной передачи искаженных кадров в каналах связи плохого качества, вследствие чего в сети возникают непредвиденные задержки передачи.

Понятие «открытая система»

В широком смысле 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.

Напомним, что под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом. Как правило, даже в системах, называемых открытыми, этому определению соответствуют лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. Например, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Еще одним примером частичной открытости является применение в достаточно закрытой операционной системе Novell NetWare открытого интерфейса Open Driver Interface (ODI) для включения в систему драйверов сетевых адаптеров независимых производителей. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем более открытой она является.

Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это 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 сети развиваться с минимальными затратами;

возможность легкого сопряжения одной сети с другой;

простота освоения и обслуживания сети.

Ярким примером открытой системы является международная сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в разных странах. Само название стандартов, определяющих работу сети Internet - Request For Comments (RFC), что можно перевести как «запрос на комментарии», - показывает гласный и открытый характер принимаемых стандартов. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

Модель OSI

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или слоев (рис. 1.1). Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других. Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.

Рис. 1.1. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае, при необходимости межсетевого обмена оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Приложение конечного пользователя может использовать системные средства взаимодействия не только для организации диалога с другим приложением, выполняющимся на другой машине, но и просто для получения услуг того или иного сетевого сервиса, например, доступа к удаленным файлам, получение почты или печати на разделяемом принтере.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловому сервису. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню. Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в сообщении не только заголовка, но и концевика. Наконец, сообщение достигает самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по линиям связи.

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.

Кроме термина "сообщение" (message) существуют и другие названия, используемые сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин как "протокольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU). Кроме этого, часто используются названия кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram).

Функции уровней модели ISO/OSI

Физический уровень . Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к фронтам импульсов, уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

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 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных на кабеле, и другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами протоколов "точка - точка" (как часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы PPP и LAP-B.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами. Рассмотрим функции сетевого уровня на примере локальных сетей. Протокол канального уровня локальных сетей обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующейтиповой топологией . Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, используется дополнительный сетевой уровень. На этом уровне вводится понятие "сеть". В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.

Сообщения сетевого уровня принято называтьпакетами (packets) . При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие"номер сети" . В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами.Маршрутизатор - это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того, чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Проблема выбора наилучшего пути называетсямаршрутизацией и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту, оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время, как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. К сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией . С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить 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, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, этот выбор зависит от того, насколько надежной является вся система транспортировки данных в сети. Так, например, если качество каналов передачи связи очень высокое, и вероятность возникновения ошибок, не обнаруженных протоколами более низких уровней, невелика, то разумно воспользоваться одним из облегченных сервисов транспортного уровня, не обремененных многочисленными проверками, квитированием и другими приемами повышения надежности. Если же транспортные средства изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного уровня, который работает, используя максимум средств для обнаружения и устранения ошибок - с помощью предварительного установления логического соединения, контроля доставки сообщений с помощью контрольных сумм и циклической нумерации пакетов, установления тайм-аутов доставки и т.п.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того, чтобы начинать все с начала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень. Прикладной уровень - это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message) .

Существует очень большое разнообразие протоколов прикладного уровня. Приведем в качестве примеров хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых сервисов: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, сервисами, предоставляемыми на верхних уровнях и прочими параметрами.