Функции уровней модели ISO/OSI

Физический уровень. Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, такие как требования к уровням напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь определяются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров.

Канальный уровень. На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI.

Технология Ethernet и ее современные модификации Fast Ethernet, Gigabit Ethernet используют метод передачи данных CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – Множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий. За этим понятием стоит простая технология. Когда компьютер должен послать сообщение другому компьютеру, он ждет «наступления тишины» в сети, т.е. момента, когда никакой другой компьютер не посылает сообщения, затем отправляет свое. Но если два компьютера одновременно готовы послать сообщение, они оба решат, что сеть свободна, и начнут передавать сообщения, возникнет конфликт (коллизия) и оба сообщения потеряются. Если нет, сообщение передается по сети, его «слышат» все компьютеры, но принимает только тот, которому оно адресовано. В случае коллизии оба компьютера замолкают и ждут в течении небольшого случайного промежутка времени, после чего возобновляют передачу. Скорость доступа в сетях Ethernet порядка 10 мегабит/сек (Мбит/сек). В сетях Fast Ethernet около 100 Мбит/сек. В сетях Gigabit Ethernet – 1000 Мбит/сек, 10Gigabit Ethernet – 10000 Мбит/сек.

Технологии Token Ring и FDDI используются для эстафетных сетей с маркерным доступом. Они используют кольцевую топологию, в которой циркулирует специальная последовательность битов, называемая маркером. Компьютер, которому необходимо передать сообщение, может добавить данные своего сообщения к маркеру. Компьютер-получатель извлечет сообщение из маркера, когда маркер, перемещаясь по сети, будет получен этим компьютером. Сети с маркерным доступом и кольцевой топологией отличаются высокой надежностью. В сети FDDI, например, возможно продолжение работы даже при обрыве кабеля. Сетевое оборудование компьютеров, находящееся на обоих концах разрыва начинает работать как заглушка и система продолжает работать как одно кольцо, проходящее через каждое устройство дважды. В сетях Token Ring и FDDI отсутствует проблема коллизий, свойственная сетям Ethernet, однако оборудование этих сетей стоит, дороже, чем аналогичное оборудование сетей Ethernet. Скорость доступа в сетях Token Ring до 16 Мбит/сек, в сетях FDDI – до 100 Мбит/сек.

Сетевой уровень. Этот уровень служит для создания транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Рассмотрим функции сетевого уровня на примере локальных сетей. Протокол канального уровня локальных сетей обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Это ограничение не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть. Для решения подобных проблем используется сетевой уровень. На этом уровне вводится понятие «сеть». Под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень. На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням стека – прикладному и сеансовому – передачу данных с требуемой степенью надежности. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Сеансовый уровень. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом между двумя узлами сети и предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того, чтобы начинать все с начала.

Уровень представления. Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. При необходимости уровень представления выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а на приеме, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Прикладной уровень. Прикладной уровень – это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты.

Существует большое количество протоколов прикладного уровня. Например Telnet, FTP(перемещения файлов в компьютерных сетях), HTTP(протокол определяет правила общения между web-страницей и web-сервером).

Требования к сети

 

Специалисты, занимающиеся разработкой вычислительных сетей, и сетевые администраторы всегда стремятся обеспечить выполнение трех основных требований, предъявляемых к сети, это:

· масштабируемость;

· производительность;

· управляемость.

Хорошая масштабируемость необходима для того, чтобы без особых усилий можно было увеличивать число пользователей, работающих в сети и приклад­ное программное обеспечение. Высокая производительность сети требуется для нормальной работы большинства современных приложений. Сеть должна быть достаточно легко управляемой, чтобы ее можно было перенастраи­вать для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей организации.