Модель взаимодействия открытых систем

Локальные сети

После создания персональных компьютеров появилась проблема их соединения. Компьютеры и различные подсистемы, объединенные в единую систему, называются сетью. Локальные вычислительные сети позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Локальные сети можно объединять в крупномасштабные образования – CAN (Campus-Area Network – кампусная сеть, объединяющая локальные сети близко расположенных зданий), MAN (Metropolitan-Area Network – сеть городского масштаба), WAN (Wide-Area Network – широкомасштабная сеть), GAN (Global-Area Network – глобальная сеть). Сетью сетей в наше время называют глобальную сеть – Интернет. Понятие интранет (intranet) обозначает внутреннюю сеть организации, где важны два
момента:

1) изоляция или защита внутренней сети от внешней;

2) использование сетевого протокола ip и web-технологий.

Оборудование сетей подразделяется на активное – интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы и т.п. и пассивное – кабели, соединительные разъёмы, коммутационные панели и т.п.

Конечными системами (End System) называются объекты, генерирующие или потребляющие информацию. Каждая конечная система сопрягается с промежуточной системой (Intermediate System) – аппаратурой, которая выполняет вспомогательные функции, связанные с передачей информации.

К конечным системам относятся компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, кассовые аппараты и любые другие периферийные устройства, снабженные сетевым интерфейсом. К промежуточным системам относятся концентраторы (повторители, мосты, коммутаторы), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная и/или беспроводная инфраструктура.

Поток информации, передаваемый по сети, называют сетевым трафиком. Трафик, помимо полезной информации, включает и служебную часть – неизбежные накладные расходы на организацию взаимодействия узлов сети. Пропускная способность линий связи, называемая также полосой пропускания (bandwidth), определяется как количество информации, проходящей через линию за единицу времени. Измеряется в бит/сек (bps – bit per second), Кбит/с (kbps), Мбит/с (Mbps), Гбит/с (Gbps), Тбит/с (Tbps)… Здесь, как правило, приставки имеют десятичное значение (1 Кбит/с = 1000 бит/с), а не двоичное. Для активного коммуникационного оборудования применимо понятие производительность и в другом аспекте. Полоса пропускания активного оборудования измеряется в единицах структурированной информации в единицу времени: пакеты в секунду (pps – packets per second), кадры в секунду (fps – frames per second), ячейки в секунду (cps – cells per second). Естественно, при этом оговаривается и размер структур (пакетов, кадров, ячеек).

Модель взаимодействия открытых систем

Для обеспечения связи между сетевыми устройствами организацией ISO была разработана модель взаимодействия открытых систем ВОС (OSI – Open System Interconnection). Она основана на уровневых протоколах и спецификациях, что позволило обеспечить:

1) логическое разбиение сложной сети на более простые части
– уровни;

2) стандартные интерфейсы между сетевыми функциями;

3) аналогичность функций одного уровня в каждом узле сети;

4) общий язык для взаимопонимания разработчиков различных частей сети.

Функции любого узла сети разбиваются на уровни, для конечных систем их семь (рис.10.1). Внутри каждого узла взаимодействие осуществляется по вертикали. Взаимодействие между двумя узлами происходит по горизонтали. Реально же из-за отсутствия непосредственных горизонтальных связей производится спуск до нижнего уровня в источнике, связь посредством физической среды и подъем до соответствующего уровня в приемнике информации.

Рис. 10.1. Модель взаимодействия открытых систем.

7. Прикладной уровень(application layer) – высший уровень модели, который обеспечивает пользовательской прикладной программе доступ к сетевым ресурсам. Примеры: X.400 – сервис электронной почты; FTP – пересылка файлов; Telnet – эмуляция терминала.

6. Представительский уровень(presentation layer) – обеспечивает преобразование кодов, форматов файлов, сжатие и распаковку, шифрование и дешифрование данных. Пример протокола – SSL (Secure Socket Layer), обеспечивающий конфиденциальность передачи данных в стеке TCP/IP.

5. Сеансовый уровень(session layer) – обеспечивает инициацию и завершение сеанса (диалога между устройствами), синхронизацию и последовательность пакетов в сетевом диалоге, надежность соединения до конца сеанса (обработку ошибок, повторные передачи). Примеры: NetBIOS (Network Basic Input/Output System) – разработка IBM; NetBEUI (Network Basic Extended User Interface) – реализация и расширение NetBIOS фирмой Microsoft.

4. Транспортный уровень(transport layer) – отвечает за передачу данных от источника к получателю с уровнем качества (пропускная способность, задержка прохождения, уровень достоверности), затребованным сеансовым уровнем. Примеры: TCP (Transmission Control Protocol) – протокол передачи данных с установлением соединения; UDP (User Datagram Protocol) – протокол передачи данных без установления соединения; SPX (Sequenced Packet Exchange) – протокол передачи данных Novell NetWare с установлением соединения.

3. Сетевой уровень(network layer)– отвечает за адресацию, поиск пути от источника к получателю или между двумя промежуточными устройствами (маршрутизацию). Примеры:ARP (Address Resolution Protocol) – взаимное преобразование аппаратных и сетевых адресов; IP (Internet Protocol) – протокол доставки дейтаграмм, основа стека TCP/IP; IPX (Internetwork Packet Exchange) – базовый протокол NetWare.

2. Канальный уровень(data link layer) – обеспечивает формирование кадров, передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных (data flow control).

IEEE в своей сетевой модели ввел дополнительное деление на два подуровня:

· Подуровень LLC(Logical Link Control – управление логическим соединением) является стандартным интерфейсом с сетевым уровнем, независимым от сетевой технологии.

· Подуровень MAC(Media Access Control – управление доступом к среде) осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передачи сигналов.

1. Физический уровень(physical layer) – обеспечивает физическое кодирование бит кадра в электрические сигналы и передачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъёмов, назначение контактов и формат физических сигналов. Примеры: IEEE 802.3 – Ethernet 10 Mбит/с; IEEE 802.2 – Token Ring;

В реальных сетях используют различные протокольные стеки, и далеко не всегда возможно практическое разделение систем на уровни OSI. Однако соотнесение функциональных модулей с уровнями модели помогает осмыслению возможностей взаимодействия разнородных систем. При всем многообразии подходов к реализации верхних уровней стеков стандартизация на физическом, канальном и сетевом уровнях соблюдается довольно строго.