Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил и соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена называется протоколом .

Эталонная модель содержит семь уровней (табл. 1.1):

1) физический;

2) канальный;

3) сетевой;

4) транспортный;

5) сеансовый;

6) представительный;

7) прикладной.

Таблица 1.1

Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций.

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами. Задача протокола канального уровня – составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред, за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие (транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от несанкционированного доступа, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.

Различают следующие виды сетевого взаимодействия:

С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель – ждет получение пакета), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;

Без установления соединения (дейтаграммный режим) – обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.

Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями – абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня. Наиболее известным протоколом транспортного уровня является протокол TCP (Transmission Control Protocol).

Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому, обычно, эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов – элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.

Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).

Прикладной уровень. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы при­кладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.

ТЕМА 4. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

2. Организация межсетевого взаимодействия.

1. Эталонная модель внутри- и межсетевого взаимодействия.

Таблица 2 - Семиуровневая модель (стек) протокола межсетевого обмена

OSI (International Standard Organization )

Характеристика уровней

1. Физический уровень определяет характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Параметры: напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах, устойчивость к электрическим, магнитным и другим полям. В качестве среды передачи данных используется медный провод (экранированная /защищенная витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейная линия). Физический уровень осуществляет соединение, расторжение, управление каналом, определяет скорость передачи данных, топологию сети и т.д. Информация на этом уровне представлена в виде кадров.

2. Канальный уровень представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных. На этом уровне формируются пакеты данных. Каждый пакет содержит адрес источника, место назначения и средства обнаружения ошибок. На канальном уровне работают протоколы взаимодействия между драйверами устройств.

3. Сетевой уровень устанавливает связь между 2мя абонентами. Соединение устанавливается благодаря функции маршрутизатора. Основная задача – маршрутизация данных. Маршрутизатор определяет, для какой сети предназначено сообщение, используя адрес узла и таблицы маршрутов. К данному уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных. Информация трансформируется во фреймы.

4. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между взаимодействующими пользователями. Этот уровень является связующим звеном между нижними и верхними уровнями и разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения. Позволяет мультиплексировать сообщения или соединение. Используется TCP / IP протокол.

5. Уровень сессии осуществляет управление сеансами связи между 2мя прикладными пользовательскими процессами. Содержатся дополнительные функции: управление паролями, подсчет платы за пользование ресурсами сети, управление диалогом.

6. Уровень представления данных управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, осуществляет генерацию процессов, кодирование и декодирование данных.

7. Уровень приложений (пользовательский) определяет протоколы обмена данными прикладных программ, выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации и передачу почтовых сообщений.

На разных уровнях обмен информацией происходит в различных единицах: биты – фреймы – кадры – пакеты - сеансовые сообщения - пользовательские сообщения.

Протокол передачи данных требует следующей информации:

1. Инициализация (установление соединения между взаимодействующими партнерами);

2. Синхронизация (механизм распознавания начала и окончания блока данных);

3. Блокирование (разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины);

4. Адресация (обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия);

5. Обнаружение ошибок (установление битов четности и вычисление контрольных битов);

6. Нумерация блоков (позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию);

7. Методы восстановления (используются для повторной передачи данных);

8. Разрешение доступа (происходит распределение, контроль, управление доступом к данным).

2. Расмотрим организацию межсетевого взаимодействия.

В глобальных сетях связь между локально-вычислительными сетями осуществляется посредством мостов. Мосты представляют собой программно-аппаратные комплексы, которые соединяют локально-вычислительные сети между собой, а также локально-вычислительные сети и удаленные рабочие станции. Мост определяется как соединение между 2мя сетями, которые используют одинаковый протокол взаимодействия, тип среды передачи и одинаковую структуру адресации. Мосты бывают:

Внутренние (расположены на файловом сервере);

Внешние (расположены на рабочей станции);

Выделенные (используются только как мост и не могут быть рабочей станцией);

Совмещенные (могут функционировать и как мост, и как рабочая станция);

Локальные (передают данные между сетями, которые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоянию);

Удаленные (применяются, когда расстояние позволяет соединять сети посредством кабеля и используются в качестве промежуточной среды передачи данных).

В Интернете возможны два режима информационного обмена – это on - line и off - line . Первый термин переводится как “на линии”, а второй – “вне линии”. Имеется ввиду не просто существование линии, а наличие соединения по имеющейся линии связи.

О n - line отвечает постоянному соединению пользователя с сервером провайдера. Открывая Web -странички, отправляя сообщения по электронной почте, участвуя в телеконференциях, пользователь все время остается подключенным к сети. Пользователь может получать информацию из сети и немедленно на нее реагировать, поэтому on - line – это режим реального времени.

О ff - line - это режим “отлаженной связи”. Пользователь передает порцию информации или получает ее в течение коротких сеансов связи, между которыми компьютер отключен от Интернета. Этот режим более экономичен, чем О n - line . В режиме О ff - line выполняется, например, работа с сообщениями электронной почты и с группами новостей.