1.6.2 Уровни osi-модели и их назначение

В общем случае в OSI-модели любая телекоммуникационная система представляется семиуровневой иерархической структурой. (рис. 1.4).

Каждому уровню ставятся в соответствие некоторые процессы, аппаратные и программные средства (объекты уровня), реализующие функции по обработке и передаче данных. Каждый уровень обслуживает смежный старший уровень. Каждый уровень OSI-модели отвечает за отдельные специфические функции в коммуникациях и реализуется соответствующими техническими и программными средствами сети.

OSI-модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей, описывая только системные средства взаимодействия. Приложение реализует собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам, приложение может взять на себя функции ряда нескольких верхних уровней OSI-модели.

Рис. 1.4. Структура OSI-модели

Рассмотрим уровни OSI-модели, начав с самого нижнего уровня.

Уровень 1 - физический (physical layer) обеспечивает передачу битовых потоков без каких-либо изменений между логическими объектами уровня звена данных по физическому каналу связи, организованному между смежными узлами сети с использованием той или иной передающей среды, и формирует интерфейс с этой средой

На данном уровне определяются базовые механизмы кодирования и декодирования двоичных данных в физическом носителе, а также специфицируются соединители, но не сама среда передачи данных. Среда передачи данных, согласно эталонной модели, рассматривается как нечто, лежащее ниже физического уровня. Битовый поток в носителе должен быть независим от типа среды передачи данных.

Физический уровень реализует управление каналом связи:

• подключение и отключение канала связи;

• формирование передаваемых сигналов и т.п.

Данные физического уровня представляют собой поток битов (последовательность нулей или единиц), закодированные в виде электрических, оптических или радиосигналов.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети.

Следует помнить, что к физическому уровню относятся: синхронизация, кодирование информации, формирование сигналов и передача бит по физическим каналам связи, модуляция. Физический уровень реализуется аппаратно. При передаче данных на физическом уровне не осуществляется контроль занятости физической среды передачи данных, проверка доступности среды передачи данных возложена на вышестоящий уровень.

Уровень 2 - канальный уровень (Data Link Layer) также носит названия уровень управления передачей данных (Data Link Control, DLC) или уровень звена данных.

Канальный уровень формирует двусторонний канал связи (то есть прямое звено связи между смежными узлами сети), используя для этого два цифровых канала с противоположными направлениями передачи, которые предоставляются уровнем 1. 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.

Канальный уровень предоставляет следующие услуги или элементы услуг сетевому уровню:

• соединение канального уровня;

• сервисные блоки данных канального уровня;

• идентификаторы оконечного пункта соединения канального уровня;

• осуществляет упорядочение блоков данных;

• осуществляет оповещение об ошибках;

• управляет потоком данных;

• определяет параметры качества услуги.

На канальном уровне выполняются следующие функции:

• установление и разрыв соединения канального уровня;

• отображение сервисных блоков данных канального уровня;

• расщепление соединения канального уровня;

• разграничение и синхронизация;

• упорядочение блоков данных;

• обнаружение ошибок;

• восстановление при ошибках;

• управление потоком данных;

• идентификация и обмен параметрами;

• управление переключением каналов данных;

• административное управление канальным уровнем.

Блок данных, передаваемый на канальном уровне, называется кадром (frame).

Данные канального уровня

Для обнаружения ошибок при передаче данных передаваемые биты группируются. Группы бит называются кадрами (frames). Для идентификации кадра, в начало и конец кадра, помещается специальный набор битов. В кадр включена последовательность бит, называемая контрольной суммой. Перед отправкой кадра вычисляется контрольная сумма для данных, передаваемых в кадре. Получив кадр, принимающая сторона вычисляет контрольную сумму по тому же самому алгоритму, а затем сравнивает ее со значением контрольной суммы, записанной в кадре. Если значения контрольных сумм совпали - кадр передан без искажений, если нет - фиксируется ошибка для данного кадра. На канальном уровне возможно исправление найденных ошибок за счет повторной передачи сбойных кадров. В некоторых протоколах канального уровня (например, Ethernet) функция исправления ошибок отсутствует, так как для канального уровня функция исправления ошибок не является обязательной. Канальный уровень реализуется программно-аппаратно.

К процедурам канального уровня относятся:

• добавление в кадры соответствующих адресов;

• контроль ошибок;

• повторная, при необходимости, передача кадров.

Канальный уровень призван скрыть от вышестоящих уровней подробности технической реализации сети. Таким образом, канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных, обслуживая запросы сетевого уровня, используя при этом сервис физического уровня.

Функции канального уровня реализуется сетевыми адаптерами ПК и их драйверами и различным коммуникационным оборудованием – мостами, маршрутизаторами, коммутаторами.

Уровень 3  сетевой уровень (Network Layer), в отличие от двух предыдущих, отвечает за передачу данных в сети и формирует так называемые сетевые услуги, маршрутизацию и коммутацию соединений, обеспечивающие перенос через всю сеть информации, которой обмениваются пользователи открытых систем, размещенных в разных (и, в общем случае, несмежных) узлах сети.

Сетевой уровень форматирует данные транспортного уровня и снабжает их сетевым адресом получателя, необходимым для маршрутизации.

Протоколы сетевого уровня служат для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, т. е. внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, доставка данных между сетями – сетевым.

Блок данных, передаваемый на сетевом уровне, называется пакетом (packet).

Сетевой адрес - это специфический идентификатор для каждой промежуточной сети между источником и приемником информации.

Сетевой уровень реализует:

• обработку ошибок,

• мультиплексирование пакетов;

• управление потоками данных.

Сетевой уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия), поиск пути от источника к получателю или между промежуточными устройствами, установление и обслуживание логической связи между узлами сети.

Таким образом, на сетевом уровне выполняется трансляция логических адресов и имён в физические адреса, определяются кратчайшие маршруты, выполняется коммутация и маршрутизация, отслеживание неполадок и заторов в сети

Уровень 4  транспортный уровень (Transport Layer) управляет сквозной передачей сообщений между оконечными узлами сети, обеспечивая надежность и экономическую эффективность передачи данных независимо от пользователя. При этом оконечные узлы сети возможно взаимодействуют через несколько узлов или даже через несколько транзитных сетей.

На транспортном уровне реализуется:

1. преобразование длинных сообщений в пакеты при их передаче в сети и обратное преобразование;

2. контроль последовательности прохождения пакетов;

3. регулирование трафика в сети;

4. распознавание дублированных пакетов и их уничтожение.

Транспортный уровень используется приложением или верхним уровнем стека прикладным и сеансовым для передачи данных с требуемой степенью надежности. В OSI-модели определено пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг:

• срочностью;

• возможностью восстановления прерванной связи;

• наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол;

• способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи.

Для обеспечения определенного уровня качества доставки информации может потребоваться:

• буферизация принимаемых пакетов;

• управление потоком;

• разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты, их нумерация;

• упорядочивание прибывающих пакетов;

• адресация прикладных процессов.

Транспортный уровень может предоставлять передачу данных без установления соединения или с предварительным установлением соединения. В последнем случае перед началом передачи данных с использованием специальных управляющих пакетов устанавливается соединение с транспортным уровнем процесса, которому предназначены передаваемые данные. После того как все данные переданы, подключение заканчивается. При передаче данных без установления соединения транспортный уровень используется для передачи одиночных пакетов, называемых дейтаграммами, не гарантируя их надежную доставку. Передача данных с установлением соединения применяется для надежной доставки данных.

Уровень 5  сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает обслуживание двух "связанных" на уровне представления данных объектов сети и управляет ведением диалога между ними путем синхронизации, заключающейся в установке контрольных точек внутри передаваемой последовательности данных. Контрольные точки позволяют в случае сбоя во время передачи, не начинать передачу с самого начала последовательности, а вернуться назад к последней контрольной точке и возобновить передачу с этого места.

На сеансовом уровне выполняется управление диалогом объектов прикладного уровня:

• установление способа обмена сообщениями (дуплексный или полудуплексный);

• синхронизация обмена сообщениями;

• организация "контрольных точек" диалога.

Сеансовый уровень редко реализуется в виде отдельных протоколов, функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Уровень 6  уровень представления (presentation layer) обеспечивает совокупность служебных операций, которые можно выбрать на прикладном уровне для интерпретации передаваемых и получаемых данных. Эти служебные операции включают в себя:

• управление информационным обменом;

• преобразование (перекодировка) данных во внутренний формат каждой процесса и обратно;

• шифрование и дешифрование данных с целью защиты от несанкционированного доступа;

• сжатие данных, позволяющее уменьшить объем передаваемых данных, что особенно актуально при передаче мультимедийных данных, таких как аудио и видео.

За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств представительного уровня протоколы прикладных уровней преодолевают синтаксические различия в представлении данных, в том числе различия в кодах символов

Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

Служебные операции этого уровня представляют собой основу всей семиуровневой модели и позволяют связывать воедино сетевое оборудование самых разных типов и производителей.

Уровень 7  прикладной уровень (application layer) 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. 1.6), 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.

Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message).

Прикладной уровень занимается поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя.

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.

1 Советский энциклопедический словарь: Изд. 4-е, испр. и доп. / Гл. ред. А.М.Прохоров. – М.: Сов.энциклопедия,1989. – С. 1294.

2Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ. Об информации, информационных технологиях и о защите информации.

3 ГОСТ ИСО/МЭК 2382-1-99 (ISO/IEC 2382-1:1993). Информационная технология. Словарь. Часть 1. Основные термины и определения. (http://elib.sbras.ru:8080/jspui/bitstream/SBRAS/9193/1/ISO-IEC_2382-1.pdf)

4ГОСТ ИСО/МЭК 2382-1-99 (ISO/IEC 2382-1:1993). Информационная технология. Словарь. Часть 1. Основные термины и определения.

5Советский энциклопедический словарь: Изд. 4-е, испр. и доп. / Гл. ред. А.М.Прохоров. – М.: Сов.энциклопедия,1989. – С. 1294.

6Информационная система  совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств. Источник: Федеральный закон от 27.07.2006 N 149-ФЗ (ред. от 28.07.2012) "Об информации, информационных технологиях и о защите информации"

7Сахнин А.А., Игнатенков В.Г. Информационно-телекоммуникационные сети. Технологии , стандартизация / Под ред. А.А. Сахнина.М.: Радиотехника, 2012.336.: ил.

8Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2006 г. № 149-ФЗ. Об информации, информационных технологиях и о защите информации.

9Воробиенко, П.П. Инфокоммуникации: термины и определения [Текст] / П.П. Воробиенко, Л.А. Никитюк // Научный журнал «Восточно-Европейский журнал передовых технологий» //. - Харьков: Технологический центр, 2011. - №6/2 (54), с. 4-6.

10имплементация‒ исполнение.

11РД 115.005-2002. Информационные технологии. Мониторинг информатизации России. Основные положения мониторинга. (утв. Информационным письмом Минсвязи РФ от 04.03.2002 № 1341)

12Федеральный закон от 20 февраля 1995 г. № 24-ФЗ (в ред. от 10.01.2003) «Об информации, информатизации и защите информации»

13Глоссарий (термины и определения) к проекту Концепции развития информационно-коммуникационной инфраструктуры и технологий в Российской Федерации (проект) от 03 мая 2011. http://minsvyaz.ru/ru/doc/?id_4=505

23