У 1978 р. ISO (International Standards Organization) випустила набір специфікацій, що описують модель взаємодії відкритих систем, тобто. систем, доступних зв'язку з іншими системами. Це був перший крок до міжнародної стандартизації протоколів. Усі системи могли тепер використовувати однакові протоколи та стандарти обмінюватись інформацією.

У 1984 році ISO випустила нову версію своєї моделі, названу еталонною моделлю взаємодії відкритих систем ISO. Ця версія стала міжнародним стандартом. Її специфікації використовують виробники розробки мережевих продуктів, її дотримуються під час побудови мереж. Повністю модель називається ISO OSI (Open System Interconnection Reference Model). Для стислості будемо її називати модель OSI . Модель OSI не є мережевою архітектурою, тому що не описує служби та протоколи, які використовуються на кожному рівні. Вона просто визначає, що має робити кожен рівень. Важливо також розуміти, що еталонна модель не є реальним, таким, що забезпечує зв'язок. Сама собою вона змушує комунікації функціонувати і служить лише класифікації. Вона класифікує те, що безпосередньо працює, а саме - протоколи . Протоколом вважається набір специфікацій, що визначають реалізацію одного або кількох рівнів OSI. ISO також розробила стандарти для кожного рівня, хоча ці стандарти не входять до самої еталонної моделі. Кожен із них був опублікований як окремий міжнародний стандарт.

Модель OSI має сім рівнів . Кожному рівню відповідають різні мережеві операції, обладнання та протоколи. Поява саме семи рівнів була зумовлена ​​функціональними особливостями моделі.

Модель OSI без фізичного носія показано на рис.

Певні мережеві функції, виконувані кожному рівні, взаємодіють лише з функціями сусідніх рівнів - вищого і нижележащего. Наприклад, Сеансовий рівень повинен взаємодіяти тільки з Представницьким і Транспортним рівнями . Усі ці функції докладно описані.

Кожен рівень виконує декілька операцій при підготовці даних для доставки через мережу на інший комп'ютер. Рівні відокремлюються між собою межами - інтерфейсами . Усі запити від рівня до іншого передаються через інтерфейс. Кожен рівень, виконуючи свої функції, користується послугами рівня нижче. Найнижчі рівні - 1-й та 2-й - визначають фізичне середовище при передачі бітів даних через плату СА та кабель. Найвищі рівні визначають, як реалізується доступ додатків до послуг зв'язку.

Завдання кожного рівня – надання послуг вищому рівню, маскуючи при цьому деталі реалізації цих послуг. Кожен рівень на комп'ютері-відправнику працює так, ніби він безпосередньо пов'язаний із відповідним рівнем на комп'ютері-одержувачі. Цей віртуальний зв'язок показано на рис. пунктирними лініями. Насправді ж зв'язок здійснюється між сусідніми рівнями одного комп'ютера. ПЗ кожного рівня реалізує певні мережеві функції відповідно до набору протоколів.

Перед відправкою до мережі дані розбиваються на пакети , що передаються між пристроями мережі як єдине ціле. Пакет проходить послідовно всі рівні програмного забезпечення від прикладного до фізичного, при цьому на кожному рівні до пакету додається форматуюча або адресна інформація, необхідна для безпомилкової передачі даних по мережі.

на приймаючій стороні пакет також проходить через усі рівні, але у зворотному порядку. ПЗ кожного рівня аналізує інформацію пакета, видаляє ту інформацію, яка додана до пакета на такому рівні відправником, і передає пакет наступному рівню. Після досягнення пакетом прикладного рівня вся службова інформація буде видалена, і дані набудуть свого початкового вигляду.

Таким чином, лише Фізичний рівень моделі може безпосередньо надіслати інформацію відповідному рівню іншого комп'ютера. Інформація на комп'ютері-відправнику та комп'ютері-одержувачі повинна пройти всі рівні, починаючи з того, з якого вона надсилається, і закінчуючи відповідним рівнем того комп'ютера, яким вона приймається. Наприклад, якщо мережевий рівень передає інформацію з комп'ютера А, вона спускається через Канальний і Фізичний рівні мережний кабель, потім потрапляє в комп'ютер, де піднімається через Фізичний і Канальний рівні і досягає Мережевого рівня. У середовищі клієнт-сервер прикладом такої інформації є адреса та результат контролю помилок, додані до пакета.

Взаємодія суміжних рівнів здійснюється через інтерфейс. Інтерфейс визначає послуги, які нижній рівень надає верхньому, та спосіб доступу до них.

Розглянемо кожен із семи рівнів моделі OSI та послуги, які вони надають суміжним рівням.

Прикладний (Application) рівень . Рівень 7. Він є вікном для доступу прикладних процесів до мережевих послуг. Послуги, які він забезпечує, безпосередньо підтримують програми користувача. Прикладний рівень управляє загальним доступом до мережі, потоком даних та відновленням даних після збоїв зв'язку.

Рівень вистави (Presentation) . Рівень 6. Представницький рівень визначає формат, який використовується для обміну даними між мережевими комп'ютерами. Типовий приклад роботи служб Представницького рівня - кодування даних, що передаються певним стандартним чином. Рівень подання відповідає за перетворення протоколів, трансляцію та шифрування даних, зміну кодової таблиці та розширення графічних команд. Крім того, він управляє стисненням даних для зменшення обсягу біт, що передаються.

Сеансовий рівень (Session) . Рівень 5. Сеансовий рівень дозволяє двом програмам різних комп'ютерів встановлювати, використовувати та завершувати з'єднання, яке називається сеансом. Сеанс може надавати ще й розширений набір послуг, корисний для деяких програм. Сеансовий рівень управляє діалогом між взаємодіючими процесами, встановлюючи, яка зі сторін, коли, як довго і т.д. має здійснювати передачу.

Транспортний рівень (Transport) . Рівень 4. Основна функція Транспортного рівня – прийняти дані від Сеансового рівня, розбити їх за потреби на невеликі частини та передати Мережевому рівню, гарантуючи, що ці частини правильно прибудуть за призначенням. Все це має бути зроблено ефективно і так, щоб ізолювати вищі рівні від будь-яких змін в апаратній технології. Транспортний рівень також стежить за створенням та видаленням мережевих з'єднань, керує потоком повідомлень, перевіряє помилки та бере участь у вирішенні завдань, пов'язаних із відправкою та отриманням пакетів. Приклади протоколів транспортного рівня – ТСР та SРХ.

Мережевий рівень (Network) . Рівень 3. Мережевий рівень управляє операціями підмережі. Він відповідає за адресацію повідомлень та переклад логічних адрес та імен у фізичні. Мережевий рівень дозволяє також проблеми, пов'язані з різними способами адресації та різними протоколами під час переходу пакетів з однієї мережі до іншої, дозволяючи об'єднувати різноманітні мережі. Приклади протоколів мережевого рівня – IP та IPX.

Рівень передачі даних або канальний (Data Link) . Рівень 2. Основне завдання Канального рівня - перетворити здатність Фізичного рівня передавати дані на надійну лінію зв'язку, вільну від невиявлених помилок з погляду вищого Мережевого рівня. Це завдання Канальний рівень виконує за допомогою розбиття вхідних даних на кадри розміром від кількох сотень до кількох тисяч байтів. Кожен наступний кадр даних передається тільки після отримання та обробки кадру підтвердження, що надсилається назад одержувачем. Кадр - це логічно організована структура, у якому можна поміщати дані. На рис. представлений простий кадр даних, де ідентифікатор відправника – адреса комп'ютера-відправника, а ідентифікатор одержувача – адреса комп'ютера-отримувача. Керуюча інформація використовується для маршрутизації, вказівки типу пакета та сегментації. CRC (циклічний код) дозволяє виявити помилки та гарантує правильний прийом інформації.

Фізичний рівень (Physical) . Рівень 1. Фізичний рівень здійснює передачу неструктурованого, сирого потоку біт по фізичному середовищу (наприклад, по мережному кабелю). На цьому рівні реалізуються електричний, оптичний, механічний та функціональний інтерфейси з кабелем. Фізичний рівень також формує сигнали, які переносять дані, що надійшли від усіх вищих рівнів. На цьому рівні визначається спосіб з'єднання мережного кабелю з платою СА і спосіб передачі сигналів мережного кабелю. Фізичний рівень відповідає за кодування даних та синхронізацію біт, гарантуючи, що передана одиниця буде сприйнята саме як одиниця, а не як нуль. Рівень встановлює тривалість кожного біта та спосіб переведення в електричні або оптичні імпульси, що передаються мережевим кабелем.

Еталонна модель

Еталонна модель(англ. reference model, master model) - це абстрактне уявлення понять та відносин між ними в деякій проблемній галузі. На основі еталонної будуються більш конкретні та детально описані моделі, в результаті втілені в реально існуючі об'єкти та механізми. Поняття еталонної моделі використовується в інформатиці.

Приклади Еталонних моделей

• Мережева модель OSI (Open Systems Interconnection Reference Model),
• модель Відкритого геопросторового консорціуму (англ.),
• архітектура фон Неймана - модель еталонної моделі з послідовними обчисленнями,
• еталонна модель Архітектури державного підприємства (англ.),
• Еталонна інформаційна модель HL7 (Reference Information Model, RIM HL7),
• Еталонна модель (Reference Model, RM) openEHR .

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Еталонна модель" в інших словниках:

еталонна модель- ієрархічна модель - [Л.Г.Суменко. Англо-російський словник з інформаційних технологій. М.: ДП ЦНИИС, 2003.] Тематики інформаційні технології загалом Синоніми ієрархічна модель EN reference model …

еталонна модель- etaloninis modelis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. master model; reference model vok. Referenzmodell, n rus. еталона модель, f pranc. modele de référence, m; modele standard, m … Automatikos terminų žodynas

еталонна модель- 3.1.41 еталонна модель (reference model): Структурований комплект взаємопов'язаних уявлень про об'єкт (наприклад, інформаційну систему), що охоплює даний об'єкт загалом, спрощує розбиття зв'язків за тематикою, який може бути… Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

еталонна модель ВОС- Модель взаємодії відкритих систем, розроблена ISO 1984 р. Дозволяє універсальним чином описати логіку інформаційного обміну між взаємозалежними системами та абонентами. Повна модель містить сім рівнів. На самому нижньому... Довідник технічного перекладача

еталонна модель ISO/OSI- Семирівнева еталонна модель протоколів передачі. Визначає рівні: фізичний, канальний, мережевий, транспортний, сеансовий, представницький та прикладний. У CAN мережах зазвичай реалізуються лише фізичний, канальний та прикладний рівні. Довідник технічного перекладача

еталонна модель протоколів широкосмугової мережі ISDN- Модель включає чотири горизонтальні рівні (фізичний, ATM, адаптації ATM і верхні рівні) і три вертикальні площини (користувача, управління та адміністрування). Відповідність між моделями В ISDN та OSI забезпечується на фізичному… Довідник технічного перекладача

еталонна модель BOC- ЕМВОС Модель, розроблена МОС, що містить сім рівнів (шарів) протоколів та призначена для комунікації між пристроями в мережі. [Е.С.Алексєєв, А.А.Мячов. Англо-російський тлумачний словник з системотехніки ЕОМ. Москва 1993] Тематики ... Довідник технічного перекладача

еталонна модель взаємодії відкритих систем- - Тематики електрозв'язок, основні поняття EN ISO/OSI reference model... Довідник технічного перекладача

еталонна модель протоколу- - [Л.Г.Суменко. Англо-російський словник з інформаційних технологій. М.: ДП ЦНДІС, 2003.] Тематики інформаційні технології загалом EN protocol reference modulePRM … Довідник технічного перекладача

еталонна модель з'єднання відкритих систем- - [Л.Г.Суменко. Англо-російський словник з інформаційних технологій. М.: ДП ЦНИИС, 2003.] Тематики інформаційні технології загалом EN reference model of open systems … Довідник технічного перекладача

Книги

• Комп'ютерні мережі. У 2 томах. Том 1. Системи передачі даних, Р. Л. Смілянський. Наведено теоретичні основи систем передачі даних, характеристики основних видів фізичних середовищ, способи кодування та передачі аналогових та цифрових даних, основи організації.

Узагальнена структура будь-якої програмної чи інформаційної системи може бути представлена, як було зазначено вище, двома взаємодіючими частинами:

• функціональної частини, Що включає прикладні програми, які реалізують функції прикладної області;
• середовища або системної частини, Забезпечує виконання прикладних програм.

З таким поділом та забезпеченням взаємозв'язку тісно пов'язані дві групи питань стандартизації:

1. стандарти інтерфейсів взаємодії прикладних програм із середовищем ІВ, прикладний програмний інтерфейс (Application Program Interface – API);
2. стандарти інтерфейсів взаємодії самої ІВ із зовнішнім для неї середовищем (External Environment Interface - EEI).

Ці дві групи інтерфейсів визначають специфікації зовнішнього опису середовища ІВ - архітектуру, з погляду кінцевого користувача, проектувальника ІВ, прикладного програміста, що розробляє функціональні частини ІВ.

Специфікації зовнішніх інтерфейсів середовища ІВ та інтерфейсів взаємодії між компонентами самого середовища - це точні описи всіх необхідних функцій, служб та форматів певного інтерфейсу.

Сукупність таких описів складає еталонну модель взаємозв'язку відкритих систем (OSI). Ця модель використовується понад 30 років, вона "виросла" із мережевої архітектури SNA (System Network Architecture), запропонованої компанією IBM. Модель взаємозв'язку відкритих систем використовується як основа розробки багатьох стандартів ISO в області ІТ. Публікація цього стандарту підбила підсумок багаторічної роботи багатьох відомих організацій і виробників телекомунікаційних засобів.

В 1984 модель отримала статус міжнародного стандарту ISO 7498, а в 1993 вийшло розширене і доповнене видання ISO 7498-1-93. Стандарт має складовий заголовок "Інформаційно-обчислювальні системи - Взаємозв'язок (взаємодія) відкритих систем - Еталонна модель". Коротка назва - "Еталонна модель взаємозв'язку (взаємодії) відкритих систем" (Open Systems Interconnection/Basic Reference Model - OSI/BRM).

Модель заснована на розбиття обчислювального середовища на сім рівнів, взаємодія між якими описується відповідними стандартами та забезпечує зв'язок рівнів незалежно від внутрішньої побудови рівня в кожній конкретній реалізації (рис. 2.6).

Мал. 2.6.

Основною перевагою цієї моделі є детальний опис зв'язків у середовищі з погляду технічних пристроїв та комунікаційних взаємодій. Водночас вона не бере до уваги взаємозв'язок з урахуванням мобільності прикладного програмного забезпечення.

Переваги "шарової" організації моделі взаємодії полягають у тому, що вона забезпечує незалежну розробкурівневих стандартів, модульність розробок апаратури та програмного забезпечення інформаційно-обчислювальних систем і тим самим сприяє технічному прогресу в цій галузі.

У стандарті ISO 7498 виділено сім рівнів (шарів) інформаційної взаємодії, які відокремлені один від одного стандартними інтерфейсами:

1. рівень програми (прикладний рівень)
2. рівень уявлення
3. сеансовий (рівень сесії)
4. транспортний
5. мережевий
6. канальний
7. фізичний.

Відповідно, інформаційна взаємодія двох або більше систем являє собою сукупність інформаційних взаємодій рівневих підсистем, причому кожен шар локальної інформаційної системи взаємодіє, як правило, з відповідним шаром віддаленої системи. Взаємодія здійснюється за допомогою відповідних протоколів зв'язку та інтерфейсів. Крім того, застосовуючи методи інкапсуляції, можна використовувати ті самі програмні модулі на різних рівнях.

Протоколомє набір алгоритмів (правил) взаємодії об'єктів однойменних рівнів різних систем.

Інтерфейс- це сукупність правил, відповідно до якими здійснюється взаємодія з об'єктом цього чи іншого рівня. Стандартний інтерфейс деяких специфікацій може називатися послугою.

Інкапсуляція- це процес розміщення фрагментованих блоків даних одного рівня блоки даних іншого рівня.

При розбиття середовища на рівні дотримувалися такі загальні принципи:

• не створювати занадто багато дрібних розбиття, оскільки це ускладнює опис системи взаємодій;
• формувати рівень з функцій, що легко локалізуються, це в разі необхідності дозволяє швидко перебудовувати рівень і істотно змінити його протоколи для використання нових рішень в галузі архітектури, програмно-апаратних засобів, мов програмування, мережевих структур, не змінюючи при цьому стандартні інтерфейси взаємодії та доступу;
• розташовувати одному рівні аналогічні функції;
• створювати окремі рівні для виконання таких функцій, які явно відрізняються за діяльністю, що їх реалізує, або технічним рішенням;
• проводити кордон між рівнями у тому місці, де опис послуг є найменшим, а кількість операцій взаємодій через кордон (перетин кордону) зведено до мінімуму;
• проводити кордон між рівнями у тому місці, де у певний момент має існувати відповідний стандартний інтерфейс.

Кожен рівень має протокольну специфікацію, тобто. набір правил, управляючих взаємодією рівноправних процесів однієї й тієї ж рівня, і перелік послуг, які описують стандартний інтерфейс з вище рівнем. Кожен рівень використовує послуги розташованого нижче рівня, кожен нижче надає послуги розташованому вище. Наведемо коротку характеристику кожного рівня, зазначивши у своїй, що у деяких описах моделі OSI нумерація рівнів може у зворотному порядку.

Рівень 1 – рівень програми або прикладний рівень (Application Layer).Цей рівень пов'язаний із прикладними процесами. Протоколи рівня призначені для забезпечення доступу до ресурсів мережі та програм-додатків користувача. На цьому рівні визначається інтерфейс із комунікаційною частиною додатків. Як приклад протоколів прикладного рівня можна навести протокол Telnet, який забезпечує доступ користувача до "хосту" (головного обчислювального пристрою, одного з основних елементів у багатомашинній системі або будь-якого пристрою, підключеного до мережі та використовує протоколи TCP/IP) у режимі віддаленого терміналу.

Прикладний рівень виконує завдання забезпечення різних форм взаємодії прикладних процесів, розташованих у різноманітних системах інформаційної мережі. І тому він здійснює такі функции:

• опис форм та методів взаємодії прикладних процесів;
• виконання різних видів робіт (управління завданнями, передача файлів, керування системою тощо);
• ідентифікацію користувачів (партнерів взаємодії) за їх паролями, адресами, електронними підписами;
• визначення функціонуючих абонентів;
• оголошення про можливість доступу до нових прикладних процесів;
• визначення достатності наявних ресурсів;
• посилку запитів на з'єднання з іншими прикладними процесами;
• подання заявок до представницького рівня на необхідні методи опису інформації;
• вибір процедур запланованого діалогу процесів;
• керування даними, якими обмінюються прикладні процеси;
• синхронізацію взаємодії прикладних процесів;
• визначення якості обслуговування (час доставки блоків даних, допустимої частоти помилок тощо);
• угоду про виправлення помилок та визначення достовірності даних;
• узгодження обмежень, що накладаються на синтаксис (набори символів, структура даних).

Прикладний рівень часто поділяється на два підрівні. Верхній підрівень включає мережеві служби. Нижній – містить стандартні сервісні елементи, які підтримують роботу мережевих служб.

Рівень 2 – рівень подання (Presentation Layer).На цьому рівні інформація перетворюється на такий вид, в якому це потрібно для виконання прикладних процесів. Рівень подання забезпечує кодування даних, що видаються прикладними процесами, та інтерпретацію даних, що передаються. Наприклад, виконуються алгоритми перетворення формату подання даних для друку - ASCII або КОІ-8. Або якщо для візуалізації даних використовується дисплей, то ці дані за заданим алгоритмом формуються у вигляді сторінки, яка виводиться на екран.

Представницький рівень виконує такі основні функції:

• вибір образу уявлень із можливих варіантів;
• зміна образу подання на заданий віртуальний образ;
• перетворення синтаксису даних (кодів, символів) у стандартний;
• Визначення формату даних.

Рівень 3 – сеансовий рівень або рівень сесії (Session Layer).На цьому рівні встановлюються, обслуговуються та припиняються сесії між представницькими об'єктами додатків (прикладними процесами). Як приклад протоколу сеансового рівня можна розглянути протокол RPC (Remote Procedure Call). Як випливає із назви, цей протокол призначений для відображення результатів виконання процедури на віддаленому хості. Під час виконання цієї процедури між програмами встановлюється сеансове з'єднання. Призначенням даного з'єднання є обслуговування запитів, які виникають, наприклад, при взаємодії програми-сервера з програмою-клієнтом.

Сеансовий рівень забезпечує взаємодію Космосу з транспортним рівнем, координує прийом і передачі даних одного сеансу зв'язку, містить функції управліннями паролями, підрахунку плати використання ресурсів мережі тощо. Цей рівень забезпечує виконання таких функцій:

• встановлення та завершення на сеансовому рівні з'єднання між партнерами;
• виконання нормального та термінового обміну даними між прикладними процесами;
• синхронізація роботи сеансових з'єднань;
• сповіщення прикладних процесів про виняткові ситуації;
• встановлення у прикладному процесі міток, дозволяють після відмови чи помилки відновити його виконання від найближчої мітки;
• переривання у випадках прикладного процесу та її коректне відновлення;
• припинення сеансу без втрати даних;
• передачу спеціальних повідомлень про хід проведення сеансу.

Рівень 4 – транспортний рівень (Transport Layer).Транспортний рівень призначений для керування потоками повідомлень та сигналів. Управління потоком є ​​важливою функцією транспортних протоколів, оскільки цей механізм дозволяє надійно забезпечувати передачу даних по мережах з різнорідною структурою, при цьому опис маршруту включаються всі компоненти комунікаційної системи, що забезпечують передачу даних по всьому шляху від пристроїв відправника до приймачів одержувача. Управління потоком полягає в обов'язковому очікуванні передавачем підтвердження прийому обумовленого числа сегментів приймачем. Кількість сегментів, яку передавач може відправити без підтвердження отримання від приймача, називається вікном.

Існує два типи протоколів транспортного рівня - сегментуючі протоколи та дейтаграмні протоколи. Сегментуючі протоколи транспортного рівня розбивають вихідне повідомлення блоки даних транспортного рівня - сегменти. Основною функцією таких протоколів є забезпечення доставки цих сегментів до об'єкта призначення та відновлення повідомлення. Дейтаграмні протоколи не сегментують повідомлення, вони надсилають його одним пакетом разом з адресною інформацією. Пакет даних, який називається "дейтаграма" (Datagram), маршрутизується в мережах з перемиканням адрес або передається по локальній мережі прикладній програмі або користувачеві.

На транспортному рівні може виконуватися узгодження мережевих рівнів різних несумісних мереж через спеціальні шлюзи. Розглянутий рівень визначає адресацію абонентських систем та адміністративних систем. Головним завданням транспортного рівня є використання віртуальних каналів, прокладених між взаємодіючими абонентськими системами та адміністративними системами для передачі в пакетах блоків даних. Основні функції, що виконуються транспортним рівнем:

• управління передачею блоків даних та забезпечення їх цілісності;
• виявлення помилок, їх часткова ліквідація, повідомлення про невиправлені помилки;
• відновлення передачі після відмов та несправностей;
• укрупнення чи розукрупнення блоків даних;
• надання пріоритетів під час передачі блоків;
• передача підтверджень про передані блоки даних;
• ліквідація блоків при тупикових ситуаціях у мережі.

Крім цього, транспортний рівень може відновлювати блоки даних, втрачені нижніми рівнями.

Рівень 5 – мережевий рівень (Network Layer).Основним завданням протоколів мережного рівня є визначення шляху, який буде використаний для доставки пакетів даних під час роботи протоколів верхніх рівнів (маршрутизація). Для того щоб пакет був доставлений до будь-якого заданого хоста, цьому хосту повинен бути поставлений у відповідність відомий передавачу мережеву адресу. Групи хостів, об'єднані за територіальним принципом, утворюють мережі. Для спрощення задачі маршрутизації мережна адреса хоста складається з двох частин: адреси мережі та адреси хоста. Таким чином, завдання маршрутизації розпадається на дві - пошук мережі та пошук хоста в цій мережі. На мережному рівні можуть виконуватися такі функції:

• створення мережевих з'єднань та ідентифікація їх портів;
• виявлення та виправлень помилок, що виникають при передачі через комунікаційну мережу;
• керування потоками пакетів;
• організація (упорядкування) послідовностей пакетів;
• маршрутизація та комутація;
• сегментація та об'єднання пакетів;
• повернення у вихідний стан;
• Вибір видів сервісу.

Рівень 6 – канальний рівень або рівень ланки даних (Data Link Layer).Призначенням протоколів канального рівня є забезпечення передачі у середовищі передачі з фізичному носію. У каналі формується стартовий сигнал передачі даних, організується початок передачі, проводиться сама передача, проводиться перевірка правильності процесу, проводиться відключення каналу при збоях та відновлення після ліквідації несправності, формування сигналу на закінчення передачі та переведення каналу в режим очікування.

Таким чином, канальний рівень може виконувати такі функції:

• організацію (встановлення, управління, розірвання) канальних з'єднань та ідентифікацію їх портів;
• передачу блоків даних;
• виявлення та виправлення помилок;
• керування потоками даних;
• забезпечення прозорості логічних каналів (передачі даних, закодованих будь-яким способом).

На канальному рівні дані передаються як блоків, які називаються кадрами. Тип середовища передачі і її топологія багато в чому визначають вид кадру протоколу транспортного рівня, який повинен бути використаний. При використанні топології "загальна шина" (Common Bus) і "один-багатьом" (Point-to-Multipoint) засоби протоколу канального рівня задають фізичні адреси, за допомогою яких проводитиметься обмін даними в середовищі передачі та процедура доступу до цього середовища . Прикладами таких протоколів є протоколи Ethernet (у відповідній частині) та HDLC. Протоколи транспортного рівня, які призначені для роботи в середовищі типу "один до одного" (Point-to-Point), не визначають фізичних адрес і мають спрощену процедуру доступу. Прикладом такого типу протоколу є протокол PPP.

Рівень 7 – фізичний рівень (Physical Layer).Протоколи фізичного рівня забезпечують безпосередній доступ до середовища передачі даних для протоколів канального та наступних рівнів. Дані передаються з допомогою протоколів цього рівня як послідовностей бітів (для послідовних протоколів) чи груп бітів (для паралельних протоколів). На цьому рівні визначаються набір сигналів, якими обмінюються системи, параметри цих сигналів (тимчасові та електричні) та послідовність формування сигналів при виконанні процедури передачі даних.

Фізичний рівень виконує такі функції:

• встановлює та роз'єднує фізичні сполуки;
• передає послідовність сигналів;
• "прослуховує" у потрібних випадках канали;
• виконує ідентифікацію каналів;
• повідомляє про появу несправностей та відмов.

Крім того, на даному рівні формулюються вимоги до електричних, фізичних та механічних характеристик середовища передачі, передавальних та сполучних пристроїв.

Мережезалежні та мережонезалежні рівні.Зазначені вище функції всіх рівнів можна віднести до однієї з двох груп: або до функцій, орієнтованих на роботу з програмами незалежно від пристрою мережі, або до функцій, що залежать від конкретної реалізації мережі.

Три верхніх рівня - прикладний, представницький та сеансовий орієнтовані на додатки та практично не залежатьвід технічних особливостей побудови мережі На протоколи цих рівнів не впливають будь-які зміни в топології мережі, заміна обладнання або перехід на іншу мережну технологію.

Стандартизація інтерфейсів забезпечує повну прозорість взаємодії незалежно від того, як влаштовані рівні в конкретних реалізаціях (службах) моделі.

Для єдиного представлення даних у мережах з неоднорідними пристроями та програмним забезпеченням міжнародна організація стандартів ISO (International Standardization Organization) розробила базову модель зв'язку відкритих систем OSI (Open System Interconnection). Ця модель визначає правила і процедури передачі в різних мережевих середовищах при організації сеансу зв'язку. Основними елементами моделі є рівні, прикладні процеси та фізичні засоби з'єднання. На рис. 1.10 представлено структуру базової моделі.

Кожен рівень моделі OSI виконує певне завдання у процесі передачі даних через мережу. Базова модель є основою розробки мережевих протоколів. OSI поділяє комунікаційні функції у мережі сім рівнів, кожен із яких обслуговує різні частини процесу області взаємодії відкритих систем.

Модель OSI описує лише системні засоби взаємодії, не торкаючись додатків кінцевих користувачів. Програми реалізують власні протоколи взаємодії, звертаючись до системним засобам.

Мал. 1.10. Модель OSI

Якщо програма може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI, то для обміну даними вона звертається безпосередньо до системних засобів, що виконують функції нижніх рівнів моделі OSI, що залишилися.

Взаємодія рівнів моделі OSI

Модель OSI можна розділити на дві різні моделі, як показано на рис. 1.11:

Горизонтальну модель на базі протоколів, що забезпечує механізм взаємодії програм та процесів на різних машинах;

Вертикальну модель на основі послуг, що забезпечуються сусідніми рівнями одна одній на одній машині.

Кожен рівень комп'ютера-відправника взаємодіє з таким самим рівнем комп'ютера-отримувача, начебто він пов'язаний безпосередньо. Такий зв'язок називається логічним або віртуальним зв'язком. Насправді взаємодія здійснюється між суміжними рівнями одного комп'ютера.

Отже, інформація на комп'ютері-відправнику має пройти через усі рівні. Потім вона передається по фізичному середовищі до комп'ютера-одержувача і знову проходить крізь усі шари, поки не доходить до того ж рівня, з якого була надіслана на комп'ютері-відправнику.

У горизонтальній моделі двом програмам потрібен загальний протокол обміну даними. У вертикальній моделі сусідні рівні обмінюються даними із використанням інтерфейсів прикладних програм API (Application Programming Interface).

Мал. 1.11. Схема взаємодії комп'ютерів у базовій еталонній моделі OSI

Перед подачею до мережі дані розбиваються на пакети. Пакет (packet) – це одиниця інформації, яка передається між станціями мережі.

При надсиланні даних пакет проходить послідовно через усі рівні програмного забезпечення. На кожному рівні до пакету додається керуюча інформація даного рівня (заголовок), яка необхідна для успішної передачі даних через мережу, як це показано на рис. 1.12, де Заг - заголовок пакета, Кон - кінець пакета.

На стороні, що приймає, пакет проходить через всі рівні в зворотному порядку. На кожному рівні протокол цього рівня читає інформацію пакета, потім видаляє інформацію, додану до пакета на цьому ж стороною, що відправляє, і передає пакет наступному рівню. Коли пакет дійде до прикладного рівня, вся керуюча інформація буде видалена з пакета, і дані набудуть свого початкового вигляду.

Мал. 1.12. Формування пакета кожного рівня семирівневої моделі

Кожен рівень моделі виконує свою функцію. Чим вищий рівень, тим складніше завдання він вирішує.

Окремі рівні моделі OSI зручно розглядати як групи програм, які призначені для виконання конкретних функцій. Один рівень, наприклад, відповідає за забезпечення перетворення даних з ASCII в EBCDIC і містить програми, необхідні виконання цього завдання.

Кожен рівень забезпечує сервіс для вищого рівня, запитуючи своєю чергою сервіс у нижчого рівня. Верхні рівні запитують сервіс майже однаково: як правило, це вимога маршрутизації якихось даних з однієї мережі до іншої. Практична реалізація принципів адресації даних покладено нижчі рівні. На рис. 1.13 наведено короткий опис функцій усіх рівнів.

Мал. 1.13. Функції рівнів моделі OSI

Розглянута модель визначає взаємодію відкритих систем різних виробників однієї мережі. Тому вона виконує для них координуючі дії щодо:

взаємодії прикладних процесів;

Форми подання даних;

Єдине зберігання даних;

управлінню мережевими ресурсами;

Безпеки даних та захисту інформації;

Діагностики програм та технічних засобів.

Прикладний рівень (Application layer)

Прикладний рівень забезпечує прикладним процесам засобу доступу до галузі взаємодії, є верхнім (сьомим) рівнем і безпосередньо примикає до прикладних процесів.

Насправді прикладний рівень – це набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі отримують доступ до ресурсів, що розділяються, таким як файли, принтери або гіпертекстові Web-сторінки, а також організують свою спільну роботу, наприклад за допомогою протоколу електронної пошти. Спеціальні елементи прикладного сервісу забезпечують сервіс для конкретних прикладних програм, таких як програми пересилання файлів та емуляції терміналів. Якщо, наприклад, програмі необхідно переслати файли, то обов'язково буде використано протокол передачі, доступу та управління файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). У моделі OSI прикладна програма, якій потрібно виконати конкретне завдання (наприклад, оновити базу даних на комп'ютері), посилає конкретні дані у вигляді дейтаграми на прикладний рівень. Одне з основних завдань цього рівня – визначити, як слід обробляти запит прикладної програми, тобто, який вид має прийняти даний запит.

Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, зазвичай називається повідомленням (message).

Прикладний рівень виконує такі функції:

1. Виконання різноманітних видів робіт.

Передача файлів;

Управління завданнями;

Управління системою тощо;

2. Ідентифікація користувачів за їхніми паролями, адресами, електронними підписами;

3. Визначення функціонуючих абонентів та можливості доступу до нових прикладних процесів;

4. Визначення достатності наявних ресурсів;

5. Організація запитів на з'єднання з іншими прикладними процесами;

6. Передача заявок на представницький рівень на необхідні методи опису інформації;

7. Вибір процедур запланованого діалогу процесів;

8. Управління даними, якими обмінюються прикладні процеси та синхронізація взаємодії прикладних процесів;

9. Визначення якості обслуговування (час доставки блоків даних, допустимої частоти помилок);

10. Угода про виправлення помилок та визначення достовірності даних;

11. Узгодження обмежень, що накладаються на синтаксис (набори символів, структура даних).

Зазначені функції визначають види сервісу, які прикладний рівень надає прикладним процесам. Крім цього, прикладний рівень передає прикладним процесам сервіс, що надається фізичним, канальним, мережевим, транспортним, сеансовим та представницьким рівнями.

На прикладному рівні необхідно надати користувачам вже перероблену інформацію. З цим може впоратися системне та користувальницьке програмне забезпечення.

Прикладний рівень відповідає за доступ додатків до мережі. Завданнями цього рівня є перенесення файлів, обмін поштовими повідомленнями та керування мережею.

До найпоширеніших протоколів верхніх трьох рівнів относятся:

FTP (File Transfer Protocol) протокол передачі файлів;

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) найпростіший протокол пересилання файлів;

X.400 електронної пошти;

Telnet робота з віддаленим терміналом;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простий протокол поштового обміну;

CMIP (Common Management Information Protocol) – загальний протокол управління інформацією;

SLIP (Serial Line IP) IP для послідовних ліній. протокол послідовної посимвольної передачі даних;

SNMP (Simple Network Management Protocol) - простий протокол мережного управління;

FTAM (File Transfer, Access, and Management) протокол передачі, доступу та управління файлами.

Рівень представлення даних (Presentation layer)

Функції цього рівня – представлення даних, переданих між прикладними процесами, у потрібній формі.

Цей рівень забезпечує те, що інформація, що передається прикладним рівнем, буде зрозуміла прикладному рівню в іншій системі. У разі необхідності рівень подання у момент передачі виконує перетворення форматів даних на деякий загальний формат подання, а момент прийому, відповідно, виконує зворотне перетворення. Таким чином, прикладні рівні можуть подолати, наприклад, синтаксичні відмінності у поданні даних. Така ситуація може виникнути в ЛОМ з неоднотипними комп'ютерами (IBM PC та Macintosh), яким необхідно обмінюватися даними. Так, у полях баз даних інформація має бути представлена ​​у вигляді букв та цифр, а найчастіше і у вигляді графічного зображення. Обробляти ці дані потрібно, наприклад, як числа з плаваючою комою.

В основу загального представлення даних покладено єдину для всіх рівнів моделі систему ASN.1. Ця система використовується для опису структури файлів, а також дозволяє вирішити проблему шифрування даних. На цьому рівні може виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки яким секретність обміну даними забезпечується одночасно для всіх прикладних сервісів. Прикладом такого протоколу є Secure Socket Layer (SSL), який забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP. Цей рівень забезпечує перетворення даних (кодування, компресія тощо) прикладного рівня потоку інформації для транспортного рівня.

Представницький рівень виконує такі основні функції:

1. Генерація запитів встановлення сеансів взаємодії прикладних процесів.

2. Погодження подання даних між прикладними процесами.

3. Реалізація форм подання даних.

4. Подання графічного матеріалу (креслень, малюнків, схем).

5. Засекречування даних.

6. Надсилання запитів на припинення сеансів.

Протоколи рівня представлення даних зазвичай є складовою частиною протоколів трьох верхніх рівнів моделі.

Сеансовий рівень (Session layer)

Сеансовий рівень – це рівень, який визначає процедуру проведення сеансів між користувачами чи прикладними процесами.

Сеансовий рівень забезпечує керування діалогом для того, щоб фіксувати, яка зі сторін є активною зараз, а також надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки замість того, щоб починати все спочатку. Насправді деякі програми використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується.

Сеансовий рівень управляє передачею інформації між прикладними процесами, координує прийом, передачу та видачу одного сеансу зв'язку. Крім того, сеансовий рівень містить додатково функції керування паролями, керування діалогом, синхронізації та скасування зв'язку в сеансі передачі після збою внаслідок помилок у нижчерозташованих рівнях. Функції цього рівня полягають у координації зв'язку між двома прикладними програмами, які працюють різних робочих станціях. Це відбувається у вигляді добре структурованого діалогу. Ці функції включають створення сеансу, керування передачею та отримання пакетів повідомлень під час сеансу та завершення сеансу.

На сеансовому рівні визначається, якою буде передача між двома прикладними процесами:

Напівдуплексний (процеси будуть передавати та приймати дані по черзі);

Дуплексна (процеси будуть передавати дані, і приймати їх одночасно).

У напівдуплексному режимі сеансовий рівень видає процесу, який починає передачу, маркер даних. Коли другому процесу приходить час відповідати, маркер даних передається йому. Сеансовий рівень дозволяє передачу тільки тій стороні, яка має маркер даних.

Сеансовий рівень забезпечує виконання таких функцій:

1. Встановлення та завершення на сеансовому рівні з'єднання між взаємодіючими системами.

2. Виконання нормального та термінового обміну даними між прикладними процесами.

3. Управління взаємодією прикладних процесів.

4. Синхронізація сеансових з'єднань.

5. Повідомлення прикладних процесів про виняткові ситуації.

6. Встановлення у прикладному процесі міток, дозволяють після відмови чи помилки відновити його виконання від найближчої мітки.

7. Переривання у випадках прикладного процесу та її коректне відновлення.

8. Припинення сеансу без втрати даних.

9. Надсилання спеціальних повідомлень про хід проведення сеансу.

Сеансовий рівень відповідає за організацію сеансів обміну даними між кінцевими машинами. Протоколи сеансового рівня зазвичай є складовою протоколів трьох верхніх рівнів моделі.

Транспортний рівень (Transport Layer)

Транспортний рівень призначений передачі пакетів через комунікаційну мережу. На транспортному рівні пакети розбиваються на блоки.

На шляху від відправника до одержувача пакети можуть бути спотворені чи загублені. Хоча деякі програми мають власні засоби обробки помилок, існують і такі, які вважають за краще відразу мати справу з надійним з'єднанням. Робота транспортного рівня полягає в тому, щоб забезпечити додаткам або верхнім рівням моделі (прикладному та сеансовому) передачу даних з тим ступенем надійності, який їм потрібний. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, що надаються транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю послуг, що надаються: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне здатністю до виявлення та виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата та дублювання пакетів.

Транспортний рівень визначає адресацію фізичних пристроїв (систем, їх частин) у мережі. Цей рівень гарантує доставку блоків інформації адресатам та керує цією доставкою. Його головним завданням є забезпечення ефективних, зручних та надійних форм передачі інформації між системами. Коли процесі обробки перебуває більше пакета, транспортний рівень контролює черговість проходження пакетів. Якщо проходить дублікат прийнятого раніше повідомлення, цей рівень упізнає це і ігнорує повідомлення.

До функцій транспортного рівня входять:

1. Управління передачею по мережі та забезпечення цілісності блоків даних.

2. Виявлення помилок, часткова їх ліквідація та повідомлення про невиправлені помилки.

3. Відновлення передачі після відмов та несправностей.

4. Укрупнення чи поділ блоків даних.

5. Надання пріоритетів під час передачі блоків (нормальна чи термінова).

6. Підтвердження передачі.

7. Ліквідація блоків при тупикових ситуаціях у мережі.

Починаючи з транспортного рівня, всі протоколи, що знаходяться вище, реалізуються програмними засобами, які зазвичай включаються до складу мережної операційної системи.

Найбільш поширені протоколи транспортного рівня включають:

TCP (Transmission Control Protocol) протокол управління передачею стека TCP/IP;

UDP (User Datagram Protocol) користувача протокол дейтаграм стека TCP/IP;

NCP (NetWare Core Protocol) - базовий протокол мереж NetWare;

SPX (Sequenced Packet eXchange) упорядкований обмін пакетами стека Novell;

TP4 (Transmission Protocol) – протокол передачі класу 4.

Мережевий рівень (Network Layer)

Мережевий рівень забезпечує прокладання каналів, що з'єднують абонентські та адміністративні системи через комунікаційну мережу, вибір маршруту найшвидшого та найнадійнішого шляху.

Мережевий рівень встановлює зв'язок у обчислювальної мережі між двома системами та забезпечує прокладання віртуальних каналів між ними. Віртуальний чи логічний канал – це таке функціонування компонентів мережі, що створює взаємодіючим компонентам ілюзію прокладки з-поміж них потрібного тракту. Крім цього, мережевий рівень повідомляє транспортному рівню про помилки, що з'являються. Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packet). Вони містяться фрагменти даних. Мережевий рівень відповідає за їх адресацію та доставку.

Прокладка найкращого шляху передачі даних називається маршрутизацією, та її рішення головне завдання мережного рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі за цим маршрутом; воно залежить від пропускної спроможності каналів зв'язку та інтенсивності трафіку, яка може змінюватися з часом. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші приймають рішення з урахуванням середніх показників протягом тривалого часу. Вибір маршруту може здійснюватися за іншими критеріями, наприклад, надійності передачі.

Протокол канального рівня забезпечує доставку даних між будь-якими вузлами лише мережі з відповідної типової топологією. Це дуже жорстке обмеження, яке дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, які об'єднують кілька мереж підприємства у єдину мережу, чи високонадійні мережі, у яких існують надлишкові зв'язки між вузлами.

Таким чином, усередині мережі доставка даних регулюється канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережний рівень. При організації доставки пакетів мережному рівні використовується поняття номер мережі. У цьому випадку адреса одержувача складається з номера мережі та номера комп'ютера в мережі.

Мережі з'єднуються між собою спеціальними пристроями, які називають маршрутизаторами. Маршрутизатор – це пристрій, який збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її підставі пересилає пакети мережного рівня до мережі призначення. Для того щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, одержувачу, що знаходиться в іншій мережі, потрібно здійснити деяку кількість транзитних передач (hops) між мережами, щоразу, вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, маршрут являє собою послідовність маршрутизаторів, якими проходить пакет.

Мережевий рівень відповідає за розподіл користувачів на групи та маршрутизацію пакетів на основі перетворення MAC-адрес у мережеві адреси. Мережевий рівень забезпечує прозору передачу пакетів на транспортний рівень.

Мережевий рівень виконує функції:

1. Створення мережевих з'єднань та ідентифікація їх портів.

2. Виявлення та виправлення помилок, що виникають під час передачі через комунікаційну мережу.

3. Управління потоками пакетів.

4. Організація (упорядкування) послідовностей пакетів.

5. Маршрутизація та комутація.

6. Сегментування та об'єднання пакетів.

На мережному рівні визначається два види протоколів. Перший вид відноситься до визначення правил передачі пакетів з даними кінцевих вузлів від вузла до маршрутизатора та між маршрутизаторами. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережевого рівня відносять і інший вид протоколів, які називаються протоколами обміну маршрутною інформацією. За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань.

Протоколи мережного рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними та апаратними засобами маршрутизаторів.

Найчастіше на мережному рівні використовуються протоколи:

IP (Internet Protocol) протокол Internet, мережевий протокол стека TCP/IP, який надає адресну та маршрутну інформацію;

IPX (Internetwork Packet Exchange) протокол міжмережевого обміну пакетами, призначений для адресації та маршрутизації пакетів у мережах Novell;

X.25 міжнародний стандарт для глобальних комунікацій з комутацією пакетів (частково цей протокол реалізовано лише на рівні 2);

CLNP (Connection Less Network Protocol) мережевий протокол без організації з'єднань.

Канальний рівень (Data Link)

Одиницею інформації канального рівня є кадри (frame). Кадри – це логічно організована структура, у якому можна поміщати дані. Завдання канального рівня – передавати кадри від рівня мережі до фізичного рівня.

Фізично просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в деяких мережах, в яких лінії зв'язку використовуються поперемінно кількома комп'ютерами, що взаємодіють, фізичне середовище передачі може бути зайняте. Тому одним із завдань канального рівня є перевірка доступності середовища передачі. Іншим завданням канального рівня є реалізація механізмів виявлення та корекції помилок.

Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру, поміщаючи спеціальну послідовність біт, початок і кінець кожного кадру, щоб відзначити його, а також обчислює контрольну суму, підсумовуючи всі байти кадру певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр приходить, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат із контрольною сумою з кадру. Якщо вони збігаються, кадр вважається правильним та приймається. Якщо контрольні суми не збігаються, то фіксується помилка.

Завдання канального рівня – брати пакети, що надходять із мережного рівня та готувати їх до передачі, укладаючи у кадр відповідного розміру. Цей рівень повинен визначити, де починається і закінчується блок, і навіть виявляти помилки передачі.

На цьому рівні визначаються правила використання фізичного рівня вузлами мережі. Електричне представлення даних у ЛОМ (біти даних, методи кодування даних та маркери) розпізнаються на цьому і тільки на цьому рівні. Тут виявляються та виправляються (шляхом вимог повторної передачі даних) помилки.

Канальний рівень забезпечує створення, передачу та прийом кадрів даних. Цей рівень обслуговує запити мережного рівня та використовує сервіс фізичного рівня для прийому та передачі пакетів. Специфікації IEEE 802.Х ділять канальний рівень на два підрівні:

LLC (Logical Link Control) керування логічним каналом здійснює логічний контроль зв'язку. Підрівень LLC забезпечує обслуговування мережевого рівня і пов'язаний з передачею та прийомом повідомлень користувача.

MAC (Media Assess Control) – контроль доступу до середовища. Підрівень MAC регулює доступ до фізичного середовища, що розділяється (передача маркера або виявлення колізій або зіткнень) і керує доступом до каналу зв'язку. Підрівень LLC знаходиться вище за рівень МАC.

Канальний рівень визначає доступ до середовища та управління передачею за допомогою процедури передачі даних каналом.

При великих розмірах блоків даних, що передаються, канальний рівень ділить їх на кадри і передає кадри у вигляді послідовностей.

При отриманні кадрів рівень формує їх передані блоки даних. Розмір блоку даних залежить від способу передачі, якості каналу, яким він передається.

У локальних мережах протоколи канального рівня використовуються комп'ютерами, мостами, комутаторами та маршрутизаторами. У комп'ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережевих адаптерів та його драйверів.

Канальний рівень може виконувати такі види функцій:

1. Організація (встановлення, управління, розірвання) канальних з'єднань та ідентифікація їх портів.

2. Організація та передача кадрів.

3. Виявлення та виправлення помилок.

4. Управління потоками даних.

5. Забезпечення прозорості логічних каналів (передачі даних, закодованих будь-яким способом).

Найчастіше використовувані протоколи на канальному рівні включають:

HDLC (High Level Data Link Control) протокол управління каналом передачі високого рівня, для послідовних з'єднань;

IEEE 802.2 LLC (тип I і тип II) забезпечують MAC для середовищ 802.x;

Ethernet мережна технологія за стандартом IEEE 802.3 для мереж, що використовує шинну топологію та колективний доступ із прослуховуванням несучої частоти та виявлення конфліктів;

Token ring мережна технологія за стандартом IEEE 802.5, що використовує кільцеву топологію та метод доступу до кільця з передачею маркера;

FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) мережна технологія за стандартом IEEE 802.6, що використовує оптоволоконний носій;

X.25 міжнародний стандарт для глобальних комунікацій з комутацією пакетів;

Frame relay мережа, організована з технологій Х25 та ISDN.

Фізичний рівень (Physical Layer)

Фізичний рівень призначений для поєднання з фізичними засобами з'єднання. Фізичні засоби з'єднання – це сукупність фізичного середовища, апаратних та програмних засобів, що забезпечує передачу сигналів між системами.

Фізичне середовище – це матеріальна субстанція, якою здійснюється передача сигналів. Фізичне середовище є основою, де будуються фізичні засоби сполуки. Як фізичне середовище широко використовуються ефір, метали, оптичне скло та кварц.

Фізичний рівень складається з підрівня стикування з середовищем і підрівня перетворення передачі.

Перший забезпечує поєднання потоку даних з використовуваним фізичним каналом зв'язку. Другий здійснює перетворення, пов'язані з протоколами, що застосовуються. Фізичний рівень забезпечує фізичний інтерфейс з каналом передачі, а також описує процедури передачі сигналів у канал і отримання з каналу. На цьому рівні визначаються електричні, механічні, функціональні та процедурні параметри для фізичного зв'язку в системах. Фізичний рівень отримує пакети даних від вищого канального рівня і перетворює їх на оптичні або електричні сигнали, відповідні 0 і 1 бінарного потоку. Ці сигнали надсилаються через середовище передачі на приймальний вузол. Механічні та електричні/оптичні властивості середовища передачі визначаються фізично і включають:

Тип кабелів та роз'ємів;

Розведення контактів у роз'ємах;

Схему кодування сигналів для значень 0 та 1.

Фізичний рівень виконує такі функції:

1. Встановлення та роз'єднання фізичних сполук.

2. Передача сигналів у послідовному коді та прийом.

3. Прослуховування, у випадках, каналів.

4. Ідентифікація каналів.

5. Оповіщення про появу несправностей та відмов.

Оповіщення про появу несправностей та відмов пов'язане з тим, що фізично відбувається виявлення певного класу подій, що заважають нормальній роботі мережі (зіткнення кадрів, надісланих відразу кількома системами, обрив каналу, відключення живлення, втрата механічного контакту тощо). Види сервісу, що надається канального рівня, визначаються протоколами фізичного рівня. Прослуховування каналу необхідно в тих випадках, коли до одного каналу підключається група систем, але одночасно передавати сигнали дозволяється лише одній. Тому прослуховування каналу дозволяє визначити, чи він вільний для передачі. У ряді випадків для чіткішого визначення структури фізичний рівень розбивається на кілька підрівнів. Наприклад, фізичний рівень бездротової мережі поділяється на три підрівні (рис. 1.14).

Мал. 1.14. Фізичний рівень бездротової локальної мережі

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером. Повторювачі є єдиним типом обладнання, яке працює лише фізично.

Фізичний рівень може забезпечувати як асинхронну (послідовну) так і синхронну (паралельну) передачу, яка застосовується для деяких мейнфреймів та міні-комп'ютерів. На Фізичному рівні має бути визначена схема кодування для подання двійкових значень з метою передачі їх по каналу зв'язку. Багато локальних мережах використовується манчестерське кодування.

Прикладом протоколу фізичного рівня може служити специфікація 10Base-T технології Ethernet, яка визначає як кабель, що використовується, неекрановану кручену пару категорії 3 з хвильовим опором 100 Ом, роз'єм RJ-45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, манчестерський код для середовища та електричних сигналів.

До найпоширеніших специфікацій фізичного рівня относятся:

EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 – механічні/електричні характеристики незбалансованого послідовного інтерфейсу;

EIA-RS-422/449, CCITT V.10 – механічні, електричні та оптичні характеристики збалансованого послідовного інтерфейсу;

Ethernet – мережна технологія за стандартом IEEE 802.3 для мереж, що використовує шинну топологію та колективний доступ із прослуховуванням несучої та виявленням конфліктів;

Token ring – мережна технологія за стандартом IEEE 802.5, що використовує кільцеву топологію та метод доступу до кільця з передачею маркера.

Для узгодження роботи пристроїв мережі від різних виробників, забезпечення взаємодії мереж, які використовують різне середовище поширення сигналу, створена еталонна модель взаємодії відкритих систем (ВОС). Еталонна модель побудована за ієрархічним принципом. Кожен рівень забезпечує сервіс вищого рівня та користується послугами нижчого рівня.

Обробка даних починається з прикладного рівня. Після цього дані проходять через всі рівні еталонної моделі, і через фізичний рівень відправляються в канал зв'язку. На прийомі відбувається зворотна обробка даних.

У еталонній моделі OSI вводяться два поняття: протоколі інтерфейс.

Протокол – це набір правил, з урахуванням яких взаємодіють рівні різних відкритих систем.

Інтерфейс – це сукупність засобів та методів взаємодії між елементами відкритої системи.

Протокол визначає правила взаємодії модулів одного рівня різних вузлах, а інтерфейс – модулів сусідніх рівнів одному вузлі.

Усього існує сім рівнів еталонної моделі OSI. Варто зазначити, що у реальних стеках використовується менше рівнів. Наприклад, у популярному TCP/IP використовується лише чотири рівні. Чому так? Пояснимо трохи пізніше. А зараз розглянемо кожен із семи рівнів окремо.

Рівні моделі OSI:

• фізичний рівень. Визначає вид середовища передачі, фізичні та електричні характеристики інтерфейсів, вид сигналу. Цей рівень має справу з бітами інформації. Приклади протоколів фізичного рівня: Ethernet, ISDN, Wi-Fi.
• Канальний рівень. Відповідає за доступ до середовища передачі, виправлення помилок, надійну передачу даних. На прийоміотримані з фізичного рівня дані упаковуються в кадри, після чого перевіряється їх цілісність. Якщо помилок немає, дані передаються на мережевий рівень. Якщо помилки є, кадр відкидається і формується запит на повторну передачу. Канальний рівень поділяється на два підрівні: MAC (Media Access Control) та LLC (Locical Link Control). MAC регулює доступ до фізичного середовища, що розділяється. LLC забезпечує обслуговування мережного рівня. На канальному рівні працюють комутатори. Приклади протоколів: Ethernet, PPP.
• Мережевий рівень. Його основними завданнями є маршрутизація – визначення оптимального шляху передачі, логічна адресація вузлів. Крім того, на цей рівень можуть бути покладені завдання пошуку несправностей в мережі (протокол ICMP). Мережевий рівень працює із пакетами. Приклади протоколів IP, ICMP, IGMP, BGP, OSPF).
• Транспортний рівень. Призначений для доставки даних без помилок, втрат та дублювання у тій послідовності, як вони були передані. Виконує наскрізний контроль передачі від відправника до одержувача. Приклади протоколів TCP, UDP.
• Сеансовий рівень. Керує створенням/підтримкою/завершенням сеансу зв'язку. Приклади протоколів: L2TP, RTCP.
• Представницький рівень. Здійснює перетворення даних у потрібну форму, шифрування/кодування, стиснення.
• Прикладний рівень. Здійснює взаємодію між користувачем та мережею. Взаємодіє з додатками за клієнта. Приклади протоколів: HTTP, FTP, Telnet, SSH, SNMP.

Після знайомства з стандартною моделлю, розглянемо стек протоколів TCP/IP.

У моделі TCP/IP визначено чотири рівні. Як видно з малюнку вище – один рівень TCP/IP може відповідати кільком рівням моделі OSI.

Рівні моделі TCP/IP:

• Рівень мережних інтерфейсів. Відповідає двом нижнім рівням моделі OSI: канальному та фізичному. Виходячи з цього, зрозуміло, що даний рівень визначає характеристики середовища передачі (кручена пара, оптичне волокно, радіоефір), вид сигналу, спосіб кодування, доступ до середовища передачі, виправлення помилок, фізичну адресацію (MAC-адреси). У моделі TCP/IP цьому рівні працює протокол Ethrnet та її похідні (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).
• Рівень міжмережевої взаємодії. Відповідає мережевому рівню моделі OSI. Бере він всі його функції: маршрутизацію, логічну адресація (IP-адреси). На цьому рівні працює протокол IP.
• Транспортний рівень. Відповідає транспортному рівню OSI. Відповідає за доставку пакетів від джерела до одержувача. На цьому рівні використовуються два протоколи: TCP і UDP. TCP є більш надійним, ніж UDP за рахунок створення попереднього з'єднання запитів на повторну передачу при виникненні помилок. Однак, в той же час, TCP повільніше, ніж UDP.
• Прикладний рівень. Його головне завдання – взаємодія з додатками та процесами на хостах. Приклади протоколів: HTTP, FTP, POP3, SNMP, NTP, DNS, DHCP.

Інкапсуляція - це метод упаковки пакета даних, при якому незалежні один від одного службові заголовки пакета абстрагуються від заголовків нижчестоящих рівнів шляхом їх включення до вищестоящих рівнів.

Розглянемо на конкретному прикладі. Нехай ми хочемо потрапити із комп'ютера на сайт. Для цього комп'ютер повинен підготувати http-запит на отримання ресурсів веб-сервера, на якому зберігається потрібна нам сторінка сайту. На прикладному рівні до даних браузера додається HTTP-заголовок. Далі на транспортному рівні до нашого пакету додається TCP-заголовок, що містить номери портів відправника та одержувача (80 порт – для HTTP). На мережному рівні формується IP-заголовок, що містить IP-адреси відправника та одержувача. Безпосередньо перед передачею, на канальному рівні додається Ethrnet-заголовок, який містить фізичні (MAC-адреси) відправника та одержувача. Після всіх цих процедур пакет у вигляді біт інформації передається по мережі. На прийомі відбувається зворотна процедура. Web-сервер на кожному рівні перевірятиме відповідний заголовок. Якщо перевірка пройшла вдало, заголовок відкидається і пакет переходить на верхній рівень. В іншому випадку, весь пакет відкидається.

Підписуйтесь на нашу