Модель взаимодействия открытых систем (OSI-модель). Процесс передачи сообщений в OSI-модели.

OSI-модель (Open Systems Interconnection) – модель Взаимодействия Открытых Систем (ВОС).

Физический уровень (physical layer) – самый низкий уровень OSI-модели, определяющий процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами (узлами сети).

Реализует управление каналом связи: подключение и отключение канала связи; формирование передаваемых сигналов и т.п.

Описывает: механические, электрические и функциональные характеристики среды передачи; средства для установления, поддержания и разъединения физического соединения.

Обеспечивает при необходимости: кодирование данных; модуляцию сигнала, передаваемого по среде.

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

Канальный уровень или уровень передачи данных (data link layer) является вторым уровнем OSI-модели.

Реализует управление: доступом сетевых устройств к среде передачи, когда два или более устройств могут использовать одну и ту же среду передачи; надежной передачей данных в канале связи, позволяющей увеличить достоверность передачи данных на 2-4 порядка.

Описывает методы доступа сетевых устройств к среде передачи, основанные, например, на передаче маркера или на соперничестве.

Обеспечивает: функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разрыва соединения; управление потоком для предотвращения переполнения приемного устройства, если его скорость меньше, чем скорость передающего устройства; надежную передачу данных через физический канал с вероятностью искажения данных 10-8 – 10-9 за счёт применения методов и средства контроля передаваемых данных и повторной передачи данных при обнаружении ошибки.

Канальный уровень обеспечивает достаточно надежную передачу данных через ненадежный физический канал. Блок данных, передаваемый на канальном уровне, называется кадром (frame). На канальном уровне появляется свойство адресуемости передаваемых данных в виде физических (машинных) адресов, называемых также MAC-адресами и являющихся обычно уникальными идентификаторами сетевых устройств. К процедурам канального уровня относятся: добавление в кадры соответствующих адресов; контроль ошибок; повторная, при необходимости, передача кадров. На канальном уровне работают ЛВС Ethernet, Token Ring и FDDI.

Сетевой уровень (network layer), в отличие от двух предыдущих, отвечает за передачу данных в СПД и управляет маршрутизацией сообщений – передачей через несколько каналов связи по одной или нескольким сетям, что обычно требует включения в пакет сетевого адреса получателя.

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

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

Сетевой уровень реализует: обработку ошибок, мультиплексирование пакетов; управление потоками данных.

Самые известные протоколы этого уровня: Х.25 в сетях с коммутацией пакетов; IP в сетях TCP/IP; IPX/SPX в сетях NetWare.

Кроме того, к сетевому уровню относятся протоколы построения маршрутных таблиц для маршрутизаторов: OSPF, RIP, ES-IS, IS-IS.

Транспортный уровень (transport layer) управляет сквозной передачей сообщений между оконечными узлами сети ("end-end"), обеспечивая надежность и экономическую эффективность передачи данных независимо от пользователя. При этом оконечные узлы, возможно, взаимодействуют через несколько узлов или даже через несколько транзитных сетей.

На транспортном уровне реализуется: преобразование длинных сообщений в пакеты при их передаче в сети и обратное преобразование; контроль последовательности прохождения пакетов; регулирование трафика в сети; распознавание дублированных пакетов и их уничтожение.

Способ коммуникации "end-end" облегчается еще одним способом адресации – адресом процесса, который соотносится с определенной прикладной программой (прикладным процессом), выполняемой на компьютере. Компьютер обычно выполняет одновременно несколько программ, в связи с чем необходимо знать какой прикладной программе (процессу) предназначено поступившее сообщение. Для этого на транспортном уровне используется специальный адрес, называемый адресом порта. Сетевой уровень доставляет каждый пакет на конкретный адрес компьютера, а транспортный уровень передаёт полностью собранное сообщение конкретному прикладному процессу на этом компьютере.

Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает обслуживание двух "связанных" на уровне представления данных объектов сети и управляет ведением диалога между ними путем синхронизации, заключающейся в установке служебных меток внутри длинных сообщений. Эти метки позволяют после обнаружения ошибки повторить передачу данных не с самого начала, а только с того места, где находится ближайшая предыдущая метка по отношению к месту возникновения ошибки.

Сеансовый уровень предоставляет услуги по организации и синхронизации обмена данными между процессами уровня представлений.

На сеансовом уровне реализуется: установление соединения с адресатом и управление сеансом; координация связи прикладных программ на двух рабочих станциях.

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

· управление информационным обменом;

· преобразование (перекодировка) данных во внутренний формат каждой конкретной ЭВМ и обратно;

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

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

Служебные операции этого уровня представляют собой основу всей семиуровневой модели и позволяют связывать воедино терминалы и средства вычислительной техники (компьютеры) самых разных типов и производителей.

Прикладной уровень (application layer) обеспечивает непосредственную поддержку прикладных процессов и программ конечного пользователя, а также управление взаимодействием этих программ с различными объектами сети. Другими словами, прикладной уровень обеспечивает интерфейс между прикладным ПО и системой связи. Он предоставляет прикладной программе доступ к различным сетевым службам, включая передачу файлов и электронную почту.

Транспортный, сеансовый, представительский и прикладной уровни (уровни 4 – 7) относятся к высшим уровням OSI-модели. В отличие от низших уровней (1 – 3) они отвечают за коммуникации типа "end-end", т.е. коммуникации между источником и приемником сообщения.

В соответствии с OSI-моделью сообщения в передающем узле(компьютере) проходят вниз через все уровни от верхнего до самого нижнего, причем многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения применительно к функциям, реализуемым на этом уровне. Модификация заключается в добавлении к сообщению на каждом уровне соответствующих заголовков и концевиков, называемых обрамлением сообщения, в которых содержится информация об адресах взаимодействующих объектов, а также информация, необходимая для обработки сообщения на данном уровне. Когда сообщение достигает низшего (физического) уровня, оно пересылается к другому узлув виде потока битов, представляющего собой физические сигналы (электрические, оптические или радиоволны) передающей среды. В приемном узле (компьютере) сообщение от нижнего физического уровня проходит наверх через все уровни, где от него отсекаются соответствующие заголовки и концевики. Таким образом, каждый уровень оперирует с собственным заголовком и концевиком, за счет чего обеспечивается независимость данных, относящихся к разным уровням управления передачей сообщений.