ГлавнаяРазноеСетевая модель osi для чайников

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей. Сетевая модель osi для чайников


Модель osi и устройства работающие. Как работает модель OSI.

Понятие “открытая система” и проблемы стандартизации

Универсальный тезис о пользе стандартизации, справедливый для всех отраслей, в компьютерных сетях приобретает особое значение. Суть сети - это соединение разного оборудования, а значит, проблема совместимости является одной из наи­более острых. Без принятия всеми производителями общепринятых правил пост­роения оборудования прогресс в деле “строительства” сетей был бы невозможен. Поэтому все развитие компьютерной отрасли в конечном счете отражено в стан­дартах - любая новая технология только тогда приобретает “законный” статус, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является мно­гоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаи­модействия открытых систем, ставшая своего рода универсальным языком сетевых специалистов.

Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной зада­чей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный при­ем - декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей (рис. 1.20). Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интер­фейсов между ними. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерар­хию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни (рис. 1.21). Множе­ство модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям не­посредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результа­ты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню,могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая деком­позиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и воз­можность их легкой замены.

При этом модули нижне­го уровня могут, например, решать все вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигналов между двумя соседними узлами. Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня. А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам - файловой, печати и т. п. Конечно, это только один из множествавозможных вариантов деления общей задачи организации сетевого взаимодействия на частные под­задачи.

Многоуровневый подход к описанию и реализации функций системы применя­ется не только в отношении сетевых средств. Такая модель функционирования используется, например, в локальных файловых системах, когда поступивший за­прос на доступ к файлу последовательно обрабатывается несколькими программ­ными уровнями (рис. 1.22). Запрос вначале анализируется верхним уровнем, на котором осуществляется последовательный разбор составного символьного имени файла и определение уникального идентификатора файла. Следующий уровень находит по уникальному имени все основные характеристики файла: адрес, атри­буты доступа и т. п. Затем на более низком уровне осуществляется проверка прав доступа к этому файлу, а далее, после расчета координат области файла, содержа­щей требуемые данные, выполняется физический обмен с внешним устройством с помощью драйвера диска.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две машины, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух “иерархий”. При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого - уровня передачи битов - до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

На рис. 1.23 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимо­действия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодей­ствия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти пра

comuedu.ru

2.16. Сетевая модель osi. Функции уровней.

Сетевая модель OSI.

OSI –Open System Interconnection. Разработчик - ISO (International Standards Organization) в 1984 г. Эталонная модель взаимодействия открытых сетей.

Уровни модели OSI:

- Прикладной уровень - 7

- Представительский уровень - 6

- Сеансовый уровень - 5

- Транспортный уровень - 4

- Сетевой уровень - 3

- Канальный уровень - 2

- Физический уровень - 1

Каждому уровню соответствует определенные сетевые операции и определенный протокол. Задача каждого уровня: обеспечить работу вышестоящего уровня. Иерархия уровней существует (нижние подчиняются верхним).

Взаимодействие уровней: (отправитель) ПК1 протоколы ПК2(получатель)

Интерфейсы

  • - виртуальные

(логические) связи

- непосредственная

связь

Два вида взаимодействия между уровнями:

  1. Виртуальное взаимодействие между смежными уровнями с помощью интерфейсов, носят подчиненный характер (нижние уровни подчиняются верхним).

  2. Горизонтальное взаимодействие осуществляется с помощью протоколов между соответствующими уровнями. Два вида связей – виртуальные (логические) связи между нижележащими уровнями осуществляются, т.к. передача информации выполняется на физическом уровне (непосредственная связь). Отправитель ПК1 – сверху вниз данные, на получателе ПК2 – снизу вверх.

Функции уровней.

  1. Прикладной уровень (7) – Application Layer – управление прикладными процессами. Основная задача – управление доступом прикладных процессов (программ) к сетевым услугам (e-mail, передача файлов по сети, доступ к сетевым БД, всемирная сеть WWW). Сетевые операции:

  1. Ввод логических имен, адресов сетевых объектов (компьютеров), распознавание этих адресов ([email protected] , it29).

  2. Ввод данных в окно.

  3. Инициация передачи или приема данных.

  4. Выбор протокола верхнего уровня для сетевой услуги.

  1. Представительский уровень (6) – Presentation Layer – управление предоставлением данных. Основная задача – определение формата данных для обмена между сетевыми компьютерами.

Сетевые операции:

  1. ПК отправитель , данные, поступившие с прикладного уровня, переводит в промежуточный машинонезависимый формат (байтовый формат), а ПК получатель, на этом уровне переводит из промежуточного формата в тот формат, который соответствует прикладному уровню ПК получателя, его ОС.

  2. Шифрование данных. Отправитель шифрует, получатель расшифровывает.

  3. Сжатие данных. На этом уровне выполняется смена кодовой таблицы для национальных алфавитов.

3.Сеансовый уровень (5) - Session Layer – управление сеансами связи. Основная задача – этот уровень позволяет двум приложениям на разных ПК (отправитель и получатель) устанавливать, использовать и завершать соединения (сеанс связей). Сетевые операции:

  1. Аутентификация – проверка подлинности сетевого объекта или пользователя при регистрации на сервере.

  2. Защита данных на основе прав доступа.

  3. Управление доступом по имени пользователя.

  4. Управление диалогом между взаимодействующими прикладными процессами.

4. Транспортный уровень (4) - Transport Layer – управление транспортировкой данных. Основная задача – гарантировать доставку данных без ошибок (в той же последовательности, без потерь, без дублирования). Сетевые операции:

  1. ПК отправитель разбивает данные на управляемые блоки – пакеты и передает пакеты на сетевой уровень, ПК получатель – распаковывает данные и дает сигнал подтверждения правильности приема.

  2. Контроль ошибок, возникающих при передаче пакетов на нижележащий уровень и команда на повторную ошибку.

5. Сетевой уровень (3) – Network Layer – управление сетью. Основная задача - обеспечить доставку пакета по адресу. Сетевые операции:

  1. Адресация пакетов – преобразование логических адресов (прикладной уровень) в сетевые цифровые адрес). (it29 [email protected] (прикладной уровень – символьный адрес)  192.168.5.1. (IP-адрес – цифровой –логический адрес). Цифровые адреса отправителя и получателя помещаются в каждый пакет.

  2. Коммутация пакетов. Передача пакетов по определенному маршруту.

  3. Маршрутизация пакетов – выбор наилучшего маршрута из нескольких вариантов.

  4. Буферизация пакетов – накопление пакетов, временное хранение при перегрузках сетевого оборудования.

6. Канальный уровень (2) - Data Link Layer – управление каналом данных. Основная задача – обеспечить передачу кадров данных между компьютерами. Сетевые операции:

  1. Формирование кадров данных на стороне отправителя (пакет помещается в кадр). Подготовка потока бит для физического уровня.

  2. Обработка ошибок, возникших при передаче, с помощью CRC – код. Отправитель формирует код CRC и помещает в конец кадра. CRC – циклический избыточный код (вариант усложненной контрольной суммы). Контрольная сумма используется для проверки обработки ошибок (это сумма байтовых значений). Получатель при получении кадра считает сумму и сравнивает с полученным кодом CRC, дает сигнал подтверждения.

  3. Преобразование сетевых адресов (IP-адресов) в физические адреса сетевого оборудования. На канальном уровне система работает с MAC-адресами.

  4. Обеспечение связи между сетевым адаптером и верхним уровнями модели OSI с помощью сетевого драйвера. На этом уровне функционирует сетевой драйвер.

7. Физический уровень (1) - Phisical Layer – управление физическим каналом передачи данных. Основная задача – передача потока бит по физической среде (по кабельной системе). Сетевые операции:

  1. Реализация интерфейса с физической средой передач. Определение типа кабельной системы, количество контактов и др. параметры.

  2. Кодирование данных – способ перевода бит (0 и 1) в соответствующий сигнал.

  3. Устанавливает параметры передаваемого сигнала (уровень, длительность и др.).

studfiles.net

Сетевая модель OSI

Сетевая модель OSI

Dependences: noneВступлениеСуществует множество сетевых моделей. Самыми распространенными являются OSI и DoD. Чтобы расширить этот список, можно привести в пример трехмерную сетевую модель ATM, но в данной статье она не рассматривается. Далее речь пойдет про модели OSI и DoD, а также их сравнении. Что такое многоуровневая модель?

Если вы уже знакомы с многоуровневыми сетевыми моделями и имеете представление о преимуществах разбиения протоколов на уровни, то можете смело пролистывать данный раздел. Но если вы все же заинтересованы разобраться в этих понятиях, то предлагаю рассмотреть следующий сценарий: построим сильно упрощенную многоуровневую модель, которая описывает общение двух людей. Назовем этих людей Speaker и Listener, в зависимости от того говорит ли человек или слушает. И так, чтобы людям общаться, они должны говорить на одном языке и понимать друг друга, иначе речь будет выглядеть как набор непонятных звуков. Поэтому первая задача — выбрать язык, на котором говорить. Это является ярким примером выбора одинаковых протоколов для общения. Далее Speaker разбивает свое предложение на слова, которые в свою очередь произносятся по звукам. Таким образом, мы разбили процесс произношения предложения на 3 логических уровня:

Нижлижащие уровни предоставляют службы для более высоких уровней. Так, например, уровень слов предоставляет произношения по словам для уровня предложений. Или, другими словами, предоставляет транспортировку предложения по словам к собеседнику.

Теперь пора описать функции каждого уровня нашей модели:

  1. Уровень передачи звуков описывает как нужно передать отдельные звуки через физическую среду. Примерами протоколов могут быть: передача звуков колебаниями воздуха, кодированием звуков (как азбука Морзе), телепатия.
  2. Уровень слов описывает формирование слов из звуков (правильное написание), нахождение части речи, нахождение значений слов.
  3. Уровень предложений описывает построение предложения из слов. Например, Speaker призносит предложение яблоко хочу, а Listener из услышанных слов яблоко и хочу понимает предложение хочу яблого.
Не будем придираться к лингвистике, так как модель представлена лишь для демонстации многоуровневой модели.

Как видно из описания уровней модели и их функций, мы выбираем протоколы какого-либо уровня, не влияя на другие уровни. Примером служит выбор протокола передачи звуков — неважно, передавать звуки по воздуху, кодами или телепатией, на формирование слов это не повлияет. Аналогично, как бы мы не выбрали граматику для построения предложения, это не повлияет на разбиение его на слова и передачу звуками. Рассмотрим как проходит процесс произношения предложения Speaker'ом и восприятия его Listener'ом. Speaker хочет сказать предложение, для чего он разбивает его на слова и произносит звуками. Listener производит операции в обратном порядке: слышит звуки, из которых формирует слова, далее предложение. Значит процесс общения начинается на верхнем уровне модели для Speaker'а проходит вниз уровень за уровнем, затем подымается вверх по уровнях для Listener'а и заканчивается на высшем уровне. Можно сделать вывод, что общение собеседников происходит по вертикали модели. Также следует заметить, что логически общение между уровнями собеседников проихожит горизонтально, это значит, что звуки уровня передачи звуков воспринимаются тем же уровнем собеседника; аналогичо, слова, передаваемые на уровне слов, воспримутся в таком же виде тем же уровнем собеседника; и, конечно, суть предложения без изменений воспримится (по крайней мере должна) уровнем предложения собеседника.Теперь пришло время выделить приимущества разбиения процесса общения на уровни:

  • Выделение независимых задач на каждом уровне.
  • Упрощение описания всего процесса общения.
  • Упрощение дизайна отдельный протоколов, которые решают задачи отдельного уровня.
  • Упрощение взаимодействия (общения) собеседников.
  • Гибкость в выборе протокола отдельного уровня.
Напоследок, обобщим понятие многоуровевой сетевой модели на основе предшествующего анализа:Многоуровневая сетевая модель — это модель, логически разбивающая процесс коммуникации на множество уровней. Каждому уровню предписаны определенные задачи, которые не дублируются другими уровнями модели.

Эталонная сетевая модель OSI

Сетевая модель OSI расшифровывается как Open System Interconnection. В переводе — модель взаимосвязи открытых систем. Была разработана в 1980-е года. Проблема создания подобной модели появилась не моментально, а росла вместе с развитием компьютерных сетей. Раньше царствовало время проприетарных стеков протоколов, которые были несовместимы между собой. Поэтому появилась нерешаемая, или трудно решаемая, проблема — взаимодействие оборудования от разных производителей или взаимосвязь между разными операционными системами. Для ее решения была начата работа над созданием общей многоуровневой сетевой модели. Прежде чем приступить к рассмотрению данной модели, нужно уточнить, что такое открытая система. За определением, что в большей мере нас удовлетворит, обратимся к русской википедии: «Открытая система — это система, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, сервисы (услуги среды) и поддерживаемые форматы данных, достаточные для того, чтобы дать возможность должным образом разработанному прикладному программному обеспечению быть переносимым в широком диапазоне систем с минимальными изменениями, взаимодействовать с другими приложениями на локальных и удаленных системах, и взаимодействовать с пользователями в стиле, который облегчает переход пользователей от системы к системе». Это определение можно расширить и на сетевые протоколы и технологии, от чего становится очевидным предназначение модели. Открытые системы (это и аппаратная часть, операционные системы, реализации стеков протоколов, программное обеспечение) могут взаимодействовать между собой. Модель OSI состоит из семи уровней, каждый из которых решает определенные задачи. Уровни номеруются, начиная с самого нижнего, и могут именоваться как по номеру, так и названию. Сетевая модель OSI стала эталонной и в терминах компьютерных сетей часто можно встретить понятия, подобно протокол четвертого уровня, что автоматически понимается как протокол четвертого уровня сетевой модели OSI.

Модель имеет следующую структуру:

Уровни модели OSI в различной литератре описываются, как правило, в убывающем порядке, сверху вниз. Скорее всего, это связано с тем, что более нижние уровни предоставляют службы для верхних уровней и, ради удобства, в описании можно ссылаться на PDU верхних уровней. По крайней мере, мы этим воспользуемся:

Уровень Приложений. Этот уровень еще называется Прикладной Уровень. Предоставляет службы программному обеспечению, которые находятся вне модели OSI.Уровень Представлений. Задачей этого уровня является представление данных в понятном для прикладного уровня виде. Подзадачами являются шифрование, кодирование,сжатие данных.Сеансовый уровень. Отвечает за установку, использование и завершение сеансов связи между приложениями, а также управляет диалогами между этими приложениями. Управление диалогами означает, что на этом уровне определяется кто и в какой момент может/должен отправлять данные. Часто данный уровень является самым трудным для понимания, так как его сложно связать с практическими примерами. За конкретными примерами сетевых протоколов обратимся к Википедии. Но стоит заметить, что протоколы отнесены по уровням модели OSI, соответственно к задачам, которые они решают. На самом деле большинство представленных протоколов являются частью стека протоколов TCP/IP. Это означает, что протоколы сеансового уровня и уровня представлений являются протоколами прикладного уровня модели TCP/IP (см. ниже). Может поэтому на той же Википедии протоколы SSH и SSL отнесены к разным уровням модели OSI на разных страницах. И, на мой взгляд, решение отнести протокол SSL к сенсовому уровню — явная ошибка, так как он решает задачи уровня представлений.Транспортный уровень. Отвечает за конечную доставку, говорят еще end-to-end, подразумевая доставку от конкретного приложения одной системы к приложению другой системы. На этом уровне появляется адресация — порты. Рассматривая в контексте распространенных протоколов TCP и UDP, порт — это 16-битный адрес конкретного приложения. Также одной из важных задач данного уровня является сегментация данных уровня приложений. Сегментация — это разбиение потока данных на сегменты для отправки. На этом уровне PDU является сегментом.Сетевой уровень. Решает проблему доставки между конечными системами (но не приложениями, как на транспортном уровне). Здесь происходит межсетевое общение. Например, IP протокол решает проблему доставки наилучшем способом. На этом уровне PDU является пакетом.Канальный уровень. Проект ieee802 разбивает логически этот уровень на два подуровня: управление доступ к среде передачи (MAC, Media Access Control) и логическое управление каналом (LLC, Logical Link Control). На данном уровне обеспечивается передача кадров через установленный физический канал. Задачами уровня также являются: установка виртуальных каналов, контроль потока. На этом уровне PDU является кадром. Физический уровень. Данные представляются в виде электрических импульсов, пучков света, электромагнитных волн, что кодируют биты. Задача состоит в создании физического канала для отправки битов.Сетевая модель DoD

Часто модель DoD называют еще моделью TCP/IP. Она состоит из четырех уровней:

Можно встретить такое сравнение моделей OSI и DoD:

Но любое приведение соответствия между уровнями моделей является в корне неверным. Модели OSI и DoD являются разными и независимыми сетевыми моделями. Так их и нужно рассматривать. Также стоит помнить, что на практике стек протоколов TCP/IP довольно распространен и протоколы соответствуют модели DoD, поэтому их не всегда можно корректно описать моделью OSI. При всем этом, модель OSI нашла применение как теоретическая основа описания функциональности сетей.

Стек протоколов

Нужно четко различать сетевую модель и стек протоколов. Особенно это замечание хочу отнести к стеку протоколов TCP/IP, так как на практике встречал обратное мнение. Стек протоколов — это набор сетевых протоколов, которые взаимодействуют между собой и обеспечивают полный набор функций. В то время, как многоуровневая сетевая является теоретической основой, которая описывает задачи каждого уровня. Грубо говоря, стек протоколов — это практическая реализация многоуровневой сетевой модели, хотя конкретный протокол может отличаться от описания уровня сетевой модели. Например, знакомый нам всем Ethernet является урезанной реализацией канального уровня сетевой модели OSI и чтобы лучше представить почему, вспомните Frame Relay, где присутствует управление потоком, установка виртуальных каналов.

Стек протоколов OSI имеет ряд недостатков, если сравнивать со стеком TCP/IP:

  • Сетевая модель DoD появилась раньше, хотя это и не назовешь недостатком...
  • Модель OSI имеет значительно больше уровней, чем модель TCP/IP
  • Распространение сети Internet

Благодарим за статью: Дмитрия Подгорного

it-digger.net

Роль сетевой модели OSI в построении промышленных сетей



Международной организацией по стандартизации (InternationalStandardizationOrganization — ISO) было разработана сетевая модель OSI (англ. OpenSystemInterconnectionReferenceModel — модель взаимодействия открытых систем), которая решает проблему стандартизации подключений различного оборудования.

Сетевая модель OSI — абстрактная модель для разработки сетевых протоколов и сетевых коммуникаций, единого представления данных в сетях с различными устройствами и программным обеспечением. Данная модель, реализующая уровневый подход к сети, определяет процедуры и правила передачи данных в различных сетевых средах. Она представляет из себя семиуровневую сетевую иерархию, уровни которой, изображенные на рисунке, выполняют определенные задачи в процессе передачи информации по сети и обслуживают различные части процесса области взаимодействия открытых систем.

Модель ISO определяет цель эталонной модели следующим образом: «Обеспечение общей базы для координации разработки стандартов, предназначенных для взаимодействия систем, с учетом того, что в перспективе существующие стандарты будут описаны в рамках общей эталонной модели».

По существу, OSI является управляющей структурой, которая упрощает передачу данных в иерархической системе из семи уровней. Каждый уровень имеет определенное назначение и взаимодействует с соседними верхним и нижнем уровнями. Стандарты определяются для каждого уровня таким образом, чтобы обеспечить некоторую гибкость, позволяя проектировщикам системы разрабатывать независимые уровни протоколов. Любые два или более уровней вместе образуют так называемый стек протоколов.

Модель OSI, показанная в таблице 1, полезна в обеспечении универсальной основы для всех коммуникационных систем. Однако она не определяет реальный протокол, который должен использоваться на каждом уровне. Предполагается, что группы производителей в различных отраслях промышленности, сотрудничая, выработают стандарты программного и аппаратного обеспечения, наиболее подходящие именно для их отрасли. Те же, кто ищет единый базис для своих специфических требований к обмену данными, с энтузиазмом воспользовались моделью OSI и используют ее в качестве основы для выработки своих промышленных стандартов, таких как Fieldbus и HART.

Таблица 1

Семиуровневая сетевая модель OSI

Номер уровня

Название

Назначение

Пример

1

Физический

Электрические и механические свойства системы

Стандарт l0BaseT

Стандарт 10Base2/10Base5 Стандарт 10 BaseF

2

Канальный

Передача по физическому адресу по сети. Создание кадров данных и коррекция ошибок

Ethernet Token Ring Протокол Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection — Сети с множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий

3

Сетевой

Определение пути передачи сообщения от одной сети к другой

Internet Protocol

Internetwork Packet Exchange Datagram Delivery Protocol

4

Транспортный

Определение канала передачи сообщений от одного прикладного процесса к другому

Transmission Control Protocol Sequenced Packet Exchange Apple Talk Transaction Protocol — Протоколуправлениятранзакциями Apple Talk

5

Сеансовый

Организация и синхронизация передачи данных

Сервисы печати

Разделяемые файловые системы

6

Представительный

Форматирование или кодирование/декодирование данных

Код AmericanStandardCodeforInformationInterchange — Американский стандартный код для обмена информацией

7

Прикладной

Передача данных, обмен сообщениями

Электронная почта Удаленный доступ

Важно понимать, что эталонная модель OSI является не протоколом или набором правил написания протокола, а общим каркасом, определяющим протоколы. Построение модели OSI четко и конкретно определяет функции или службы, которые должны обеспечиваться каждым из семи уровней (или слоев).

Взаимодействие уровней сетевой модели OSI можно поделить на две модели взаимодействия:

‒ Горизонтальная модель взаимодействия, которая обеспечивает связь программ и процессов на различных устройствах;

‒ Вертикальная модель взаимодействия, которая обеспечивает работу между сетевыми уровнями на одном устройстве.

При передаче данных происходит взаимодействие между сетевыми уровнями, изображенными на рисунке 1, устройства-отправителя и устройства-получателя. Такая связь именуется логической или виртуальной, хотя на самом деле взаимодействие происходит между смежными уровнями одного устройства. Устройство-отправитель получает запрос, на основание которого формируется сообщение стандартного формата, имеющее заголовок определенного уровня и поля данных.

Сообщение проходит по стеку между уровнями, где на основании информации, полученной из заголовка верхнего уровня, выполняются определенные функции и добавляется заголовок текущего уровня, содержащий информацию для того же уровня устройства-получателя. Сообщение, передающееся вниз, «обрастает» заголовками всех уровней и принимаются по физической среде устройством-получателем. И снова, сообщение последовательно перемещается вверх до того же уровня, с которого это сообщение было отправлено устройством-отправителем.

Рис. 1. Взаимодействие устройств в модели OSI

Роль каждого уровня в этой сетевой модели — анализ и обработка заголовков, несущих информацию своего уровня, относительно которой происходит выполнение соответствующих уровню функций, а затем заголовок удаляется и сообщение передается на уровень выше.

При горизонтальной модели взаимодействия двум устройствам требуется общий протокол, реализующий обмен данными между ними. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются информацией с использованием API (ApplicationProgrammingInterface) — интерфейса прикладных программ.

Прикладной уровень является самым верхним уровнем OSI/RM. Он отвечает за предоставление приложениям доступа к сети. Примерами задач прикладного уровня являются передача файлов, электронная почта и сетевое управление.

Для выполнения этих задач прикладной уровень передает запросы программ и данных на уровень представления, который отвечает за кодирование данных прикладного уровня и их перевод в соответствующую форму.

Представительный уровень преобразует данные в форму, подходящую для транспортного уровня. Он преобразует формат и синтаксис данных, обеспечиваемых приложениями, и производит кодирование и сжатие данных.

Сеансовый уровень управляет взаимодействием между устройствами. Он определяет использование программного обеспечения, которое позволяет обращаться к другому устройству по имени, а не с помощью двоичного адреса (логическая адресация). Он также обеспечивает восстановление прерванных сеансов связи.

Транспортный уровень определяет:

‒ управление связью между двумя концами системы;

‒ передачу данных с согласованным качеством;

‒ учет и корректное сегментирование пакетов в больших сообщениях, что улучшает надежность передачи данных.

Сетевой уровень определяет:

‒ маршрутизацию пакетов информации по сети;

‒ регламентирование и передачу сообщений состояния другим устройствам сети;

‒ разбиение больших пакетов, принимаемых от транспортного уровня, на маленькие пакеты;

‒ обеспечение прохождения кадров через нижерасположенную сеть.

Из-за определенной направленности промышленной сети из всех семи уровней сетевой модели OSI используются только два: физический и канальный.

Физический уровень является первым уровнем сетевой модели OSI. Он предназначен для объединения с совокупностью физической среды, аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу сигналов между системами. Первый уровень модели OSI определяет метод передачи данных, представленных в бинарном виде, от одного устройства к другому. Единицей измерения, используемой на данном уровне, является бит, то есть физический уровень осуществляет передачу потока битов по физической среде с использование соответствующего интерфейса.

Физический уровень состоит из подуровня стыковки со средой и подуровня преобразования передачи. Подуровень стыковки обеспечивает совмещение потока данных с используемым физическим каналом связи. Подуровень преобразования передачи осуществляет преобразования, связанные с применяемыми протоколами. Физический уровень описывает процедуры передачи сигналов в канал и получения их из канала, а также обеспечивает физический интерфейс с каналом передачи данных. На данном уровне определяются различные параметры (электрические, механические, функциональные, процедурные) для физической связи в системах. Преобразование данных в оптические или электрические сигналы происходит от вышележащего канального уровня. Эти сигналы отправляются через среду передачи на приемный узел.

Физический уровень выполняет следующие функции:

  1. Идентификация каналов.
  2. Прослушивание каналов.
  3. Установление и разъединение физических соединений.
  4. Передачи и прием сигналов в последовательном канале.
  5. Оповещение о появлении неисправностей и отказов в сети.

На физическом уровне происходит выявление определенного класса неисправностей, затрудняющих работу сети: оповещение о столкновение кадров, отправленных сразу несколькими системами, обрыв канала, отключение питания, потеря механического контакта. Предоставляемые канальному уровню виды сервиса, определяются протоколами физического уровня. При подключение к одному каналу, в котором передача сигналов разрешается только одной из групп систем, используется прослушивание каналов, позволяющее определить, свободен ли он для передачи.

Во всех устройствах, подключенных к сети, реализуются функции физического уровня. За выполнением функций физического уровня со стороны компьютера отвечает сетевой адаптер. Единственным типом оборудования, работающим только на физическом уровне, является повторитель.

Физический уровень устанавливает такие виды сред передачи данных как витая пара коаксиальный, оптоволокно, спутниковый канал передачи данных.

Канальный уровень является вторым уровнем сетевой модели OSI. Он определяет правила получения доступа к среде передачи данных, логическую топологию сети, решает вопросы, связанные с адресацией физических устройств в рамках логической сети и управлением передачей информации (синхронизация передачи и сервис соединений) между сетевыми устройствами.

Единицей измерения канального уровня являются кадры (frame). Кадры — это структура, в которой размещены данные. Канальный уровень осуществляет передачу кадров между устройствами, подключенных к одному сетевому сегменту, от сетевого уровня к физическому. При передачи бит на физическом уровне не всегда учитывается, что в некоторых сетях линия связи используется попеременно несколькими устройствами сразу. Поэтому проверка доступности среды передачи данных является одной из задач канального уровня, как и реализация методов поиска и коррекции ошибок.

Помещая определенную последовательность бит, в начало и конец каждого кадра, изображенного на рисунке, канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, показанного на рисунке 2.

Рис. 2. Структура кадра канального уровня

Далее, суммируя определенным образом байты и добавляя контрольную сумму, кадры доходят до получателя, где снова вычисляется контрольная сумма полученных данных и сравнивается результат с суммой из кадра. При совпадение сумм, кадр считает правильным, в противном случае, регистрируется ошибка.

Канальным уровнем определяется доступ к среде и управление передачей данных по каналу. При получение кадров из них формируются переданные блоки данных, размер которых зависит от качества канала и способа передачи. При больших размерах блоки данных делятся на кадры и передаются в виде последовательностей.

Канальный уровень выполняет следующие функции:

  1. Установление, расторжение и управление канальных соединений и идентификация их портов.
  2. Обнаружение и коррекция ошибок.
  3. Организация передачи кадров.
  4. Передача данных, закодированных различными способами, по логическим каналам.
  5. Управление потоками данных.
Литература:
  1. Парк Дж., Маккей С., Райт Э. Передача данных в системах контроля и управления. / Парк Дж., Маккей С., Райт Э; [перевод с англ. В. В. Савельева]. — М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. — 480 с.
  2. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. / Олифер В. Г., Олифер Н. А. — СПб.: Питер, 2010–944 с.

Основные термины (генерируются автоматически): OSI, физический уровень, канальный уровень, уровень, сетевая модель, передача данных, прикладной уровень, ISO, сеть, устройство.

moluch.ru