Взаимодействие компьютеров осуществляется через коммуникационное оборудование

Физический уровень отвечает за передачу битов информации по физическим каналам связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, цифровой территориальный канал). На нем важны характеристики физических сред передачи данных – полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, несущих дискретную информацию, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Здесь стандартизируются типы разъемов и назначение контактов. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняет сетевой адаптер или последовательный порт. Пример протокола физического уровня – спецификация 10BaseT технологии Ethernet, которая определяет неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъемом RJ-45, максимальной длиной физического сегмента 100 м и манчестерским кодом представления данных в кабеле.

Канальный уровень определяет доступность среды передачи данных (раздельное использование среды множеством компьютеров) и реализует механизм обнаружения и коррекции ошибок. С этой целью биты информации группируются в наборы – кадры. Корректность передачи кадра обеспечивается посредством выделения кадра последовательностями бит (в начале и конце) и добавлением к нему контрольной суммы байтов кадра. При несовпадении контрольных сумм из принятого кадра и вновь рассчитанной канальный уровень реализует повторную передачу поврежденного кадра. В протоколах Ethernetи Framerelayфункция исправления ошибок отсутствует. Канальный уровень обслуживает только типовые топологии ЛВС: общая шина, кольцо, звезда и структуры на их основе, полученные с помощью мостов и коммутаторов. Протоколами канального уровня являются: Ethernet, TokenRing, FDDI, 100VGAnyLAN. Они реализованы как в компьютерах, так и в мостах, коммутаторах, маршрутизаторах и шлюзах (промежуточных узлах — маршрутизаторах, реализующих все уровни модели OSI). В ГВС, не обладающих регулярной топологией, канальный уровень обеспечивает обмен сообщениями только между соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи (протоколы типа «точка-точка» PPP, LAPB). Для доставки сообщений между конечными узлами используются средства сетевого уровня (сети X.25), иногда функции канального и сетевого уровня объединяются (протоколы технологий ATM и Framerelay). В ряде случаев протоколы канального уровня являются самодостаточными транспортными средствами и допускают работу поверх себя непосредственно протоколов прикладного уровня и приложений (протокол сети SNMP поверх Ethernet, хотя стандартно работает поверх сетевого IP и транспортного UDP). Канальный уровень разделяется на два подуровня. Подуровень управления логической связью (LLC) устанавливает канал связи и определяет использование логических точек интерфейса, называемых точками доступа к услугам, отвечает за контроль ошибок и управление потоком данных. Подуровень управление доступом к среде (MAC) обеспечивает доступ плат сетевого адаптера к сети и отвечает за безошибочную передачу данных между двумя компьютерами сети.

Сетевой уровень образует единую транспортную систему, объединяющую несколько сетей с одинаковыми или разными принципами передачи сообщений и произвольной структурой связей. Необходимость в нем следует из принципа разделения обязанностей и сохранения простоты процедур передачи данных для типовых топологий, с одной стороны, и насущной потребности использования произвольных топологий и объединения множества типовых топологий в единую сеть, с другой стороны. На сетевом уровне под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных в соответствии с одной из типовых топологий и использующих один из протоколов канального уровня, определенный для данной топологии. Внутри сети обмен данными реализует протокол канального уровня, а доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, обеспечивающий возможности выбора маршрута передачи сообщений между разноплановыми сетями. Сети соединяются маршрутизаторами – устройствами, способными собирать информацию о топологии межсетевых соединений и на этой основе пересылать пакеты сетевого уровня в сеть назначения посредством транзитных передач между сетями (хопов), образующих маршрут. Маршрут – последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет. Выбор наилучшего пути, т.е. маршрутизация – главная задача сетевого уровня. Основной критерий маршрутизации – время передачи данных, которое зависит от пропускной способности каналов и интенсивности трафика (суммарного объема передаваемых данных на пути следования). В общем случае сетевой уровень решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации и оптимизации маршрутов. Для доставки пакетов – сообщений сетевого уровня, используется номер сети – старшая часть адреса сети-получателя, а его младшая часть представляет номер узла в этой сети. Все узлы одной сети имеют старшую одинаковую часть адреса в связи с чем, сеть – совокупность узлов, адрес которых содержит один и тот же номер сети. Определены три типа протоколов. Сетевые протоколы реализуют продвижение пакетов через сеть. Протоколы маршрутизации – собирают информацию о межсетевых соединениях. Протоколы разрешения адресов – отображают адрес узла в локальный адрес сети. Сетевыми протоколами являются IP из стека TCP/IP и IPX стека Novell.

Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням и приложениям передачу данных с требуемой степенью надежности, которая определяется пятью классами сервиса. Выбор класса сервиса зависит от степени обеспечения надежности протоколами верхних уровней и степени надежности самой транспортировки, обеспечиваемой протоколами нижних уровней. При высоком качестве каналов связи и малой вероятности возникновения ошибок, не обнаруживаемых протоколами нижних уровней, используется облегченный сервис, игнорирующий многочисленные проверки пакетов, квитирование и др. Квитирование — подтверждение получения порции данных. Если транспортные средства нижних уровней ненадежны, то применяется развитый сервис, использующий максимум средств для обнаружения и устранения ошибок – предварительное установление логического соединения, контроль доставки сообщений по контрольным суммам и циклической нумерации пакетов, установление тайм-аутов и т.п. Транспортными протоколами являются TCP и UDP из стека TCP/IP и SPX из стека Novell.

Протоколы транспортного и трех нижних уровней называют сетевым транспортом или транспортной системой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом, – фиксирует активную в конкретный момент времени сторону и предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации вставляют контрольные точки в длинные передачи, для обеспечения отката к последней точке в случае отказа. Сеансовый уровень редко используется на практике в виде отдельного протокола, его функции часто объединяют с функциями прикладного уровня, и реализуют в одном протоколе.

Представительный уровень управляет формами представления передаваемой по сети информации, не изменяя ее содержания. Протоколы этого уровня разрешают проблему синтаксического различия в представлении данных или различия в кодах символов, например ASCII и EBCDIC. На этом уровне производится шифрование и дешифрование данных, что обеспечивает секретность обмена данными сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол SSL.

Прикладной уровень – в действительности набор протоколов, посредством которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам (файлы, принтеры, гипертекстовые Web-страницы) и организуют свою совместную работу (электронная почта). Единица данных прикладного уровня и называется сообщением. Весьма разнообразны службы этого уровня. Наиболее распространнены файловые службы NCP в ОС Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

Сетенезависимыми уровнями модели OSI являются три верхних ее уровня (прикладной, представительный и сеансовый), ориентированные на приложения и практически независящие от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.

Сетезависимыми уровнями модели OSI являются три нижних ее уровня (сетевой, канальный и физический), протоколы которых тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Так, переход на оборудование FDDI потребует смены протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.

Транспортный уровень занимает промежуточное место (модель OSI симметрична относительно него), он скрывает детали функционирования нижних уровней от верхних, что и обеспечивает разработку сетенезависимых приложений.

Взаимодействие компьютеров осуществляется через коммуникационное оборудование (опосредовано): концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Разные коммуникационные устройства работают на разных уровнях. Повторитель – только на физическом уровне. Мост, коммутатор, сетевой адаптер — на физическом и канальном уровне. Маршрутизатор — на физическом, канальном и сетевом уровне, иногда захватывая и транспортный уровень. Повторитель – простейшее коммуникационное устройство, используемое для физического соединения сегментов кабеля ЛВС (физических сегментов сети) с целью увеличения общей длины сети. Мост и коммутатор разделяют сеть на логические сегменты – части, что уменьшает нагрузку на сеть в целом в силу уменьшения трафика при обмене данными в пределах своих сегментов. Маршрутизатор более надежно и эффективно локализует трафик логически структурированной сети, поскольку использует явную адресацию (составные числовые адреса) – номера сетей или подсетей, что и позволяет использовать его для объединения разнородных сетей воедино. Шлюз используется как для образования сетей и подсетей, так и для подключения автономных сетей (интерсетей) к общей магистрали. Это свойство шлюзов широко используется для объединения сетей в интерсеть, так и для объединения интерсетей в единые сети, в частности в Internet. Модель OSI представляет только одну из многих моделей коммуникаций. Эти модели отличаются стеками протоколов, количеством уровней, их функциями, форматами сообщений, службами, поддерживаемыми верхними уровнями и пр.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector