Идеальная модель взаимодействия открытых систем OSI

Уровни модели OSI

Физический уровень

Этот уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом. Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3. Физический уровень не вникает в смысл информации, которую он передает. Для него эта информация представляет собой однородный поток битов, которые нужно доставить без искажений и в соответствии с заданной тактовой частотой (интервалом между соседними битами).

Канальный уровень

Одной из задач является проверка доступности среды передачи. Другой задачей является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами (frames). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи, добавляя контрольную сумму к кадру. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в Ethernet и frame relay. К типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся общая шина, кольцо и звезда. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

Сетевой уровень

Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети». Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP, протокол маршрутизации – RIP.

Транспортный уровень

Он обеспечивает приложениям или верхним уровням стека - прикладному и сеансовому - передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP. Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами узлов сети.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень позволяет пользователям различных компьютеров устанавливать сеансы связи друг с другом. Функции: управление диалогом (отслеживание очередности передачи данных), управление маркерами (предотвращение одновременного выполнения критичной операции несколькими системами) и синхронизация (установка служебных меток внутри длинных сообщений, позволяющих после устранения ошибки продолжить передачу с того места, на котором она оборвалась). На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Уровень представления

Этот уровень обеспечивает гарантию того, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. Он имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания (например кодов ASCII и EBCDIC). На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных. Примером протокола, работающего на уровне представления, является протокол Secure Socket Layer (SSL).

Прикладной уровень

Это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением (message). К протоколам прикладного уровня относится, в частности, упоминавшийся ранее протокол HTTP, с помощью которого браузер взаимодействует с веб-сервером. Приведем в качестве примера также несколько наиболее распространенных реализаций сетевых файловых служб: SMTP, NFS и FTP в стеке TCP/IP.

Примеры коммуникационного оборудования, работающего на соответствующих уровнях модели OSI

Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост/коммутатор, сетевой адаптер), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор).

Модель OSI
Тип данных	Уровень (layer)	Функции
Данные	7. Прикладной (application)	Доступ к сетевым службам
6. Представительский (presentation)	Представление и шифрование данных
5. Сеансовый (session)	Управление сеансом связи
Сегменты	4. Транспортный (transport)	Прямая связь между конечными пунктами и надежность
Пакеты	3. Сетевой (network)	Определение маршрута и логическая адресация
Кадры	2. Канальный (data link)	Физическая адресация
Биты	1. Физический (physical)	Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными

Методы передачи данных на физическом уровне. Типы физических каналов. Характеристики физических каналов. Сетевые топологии. Методы аналоговой модуляции и цифрового кодирования. Дискретная модуляция аналоговых сигналов.

Типы физических каналов

• витая пара;

• коаксиальные кабели;

• волоконно-оптические кабели.

Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот вид среды передачи данных очень популярен. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар). Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Все кабели UTP на основе неэкранированной витой пары независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из 4-х пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, две — для передачи голоса.

Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех,

а также меньше излучает электромагнитные колебания вовне, что, в свою очередь, защищает пользователей сетей от вредного для здоровья излучения. Наличие заземляемого экрана удорожает кабель и усложняет его прокладку.

Рис. 8. 16. Устройство кабелей

Коаксиальный кабель состоит из несимметричных пар проводников. Каждая пара представляет собой внутреннюю медную жилу и соосную с ней внешнюю жилу, которая может быть полой медной трубой или оплеткой, отделенной от внутренней жилы диэлектрической изоляцией. Внешняя жила играет двоякую роль — по ней передаются информационные сигналы и она является экраном, защищающим внутреннюю жилу от внешних электромагнитных полей. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения: для локальных компьютерных сетей, для глобальных телекоммуникационных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Согласно современным стандартам коаксиальный кабель не считается хорошим выбором

при построении структурированной кабельной системы зданий. Далее приводятся основные типы и характеристики этих кабелей.

• «Толстый» коаксиальный кабель разработан для сетей Ethernet 10Base-5 (сложно монтировать — он плохо гнется).

• «Тонкий» коаксиальный кабель предназначен для сетей Ethernet 10Base-2 (обладает гораздо большей гибкостью, что удобно при монтаже).

• Телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом широко применяется в кабельном телевидении.

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (легко экранировать). Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки.

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердцевине кабеля. Угол отражения луча называется модой луча.

В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника (дорогой).

В многомодовых кабелях используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами.

Многомодовые кабели применяют в основном для передачи данных на скоростях не более 1 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных со сверхвысокими скоростями в несколько десятков гигабитов в секунду (дальняя связь).

В качестве источников света в волоконно-оптических кабелях применяются:

• светодиоды, или светоизлучающие диоды (Light Emitted Diode, LED);

• полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды.

Стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, но проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого монтажного оборудования.