Функции физического, канального, сетевого, транспортного, представительского и прикладного уровня

Физический уровень (объектов, функций и услуг) предназначен для переноса потока двоичных сигналов (0,1), в виде которых представляются данные, через физическую среду, соединяющую реальные объекты ИВС.

В связи с указанным предназначением основными функциями физического уровня являются:

- установление и разъединение электрических соединений по запросу от канального уровня;

- ретрансляцию сигналов в случае взаимного соединения нескольких физических сред;

- передача физических сигналов (бит) в синхронном или асинхронном режиме.

На этом же уровне происходит и диагностика определенного класса неисправностей (обрыв физических цепей линий связи, отключение питания, потеря механического контакта и т.п.), а также – определение параметров качества предоставляемых услуг (частота появления ошибок, скорость передачи, транзитная задержка и т.д.).

На физическом же уровне определяются механические и электрические/оптические свойства среды передачи, под которыми понимаются: типы кабелей и разъемов, разводка контактов в разъемах, схемы кодирования сигналов для значений 0 и 1.

К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:

¨ МККТТ Х.20, Х.21, Х.22 – процедурные характеристики;

¨ EIA-RS-232-C (стандарт ассоциации электронной промышленности), МККТТ V.24/V.28 - механические/электрические характеристики не сбалансированного последовательного интерфейса;

¨ EIA-RS-422/449, МККТТ V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса;

¨ IEEE 802.3 и IEEE 802.5 - стандарты Institute of Electrical and Electronics Engineers для ЛВС Ethernet и Token ring.

Канальный уровень объектов в соответстствии с ЭМВОС предназначен для реализации следующих функций и услуг:

- формирование из передаваемой (в виде двухпозиционных сигналов 0 или 1) последовательности бит порций данных определенного объема, размещаемых в информационном поле блока данных (кадрах), в состав которых они передаются по каналу;

- кодирование с использованием помехоустойчивого кода порций данных в составе кадра (на передаче) и декодирование их (на приеме) с целью защиты от искажений в канале связи;

- восстановление исходной последовательности бит;

- обеспечение кодонезависимой передачи (прозрачности канала);

- управление потоком данных на уровне канала с целью регулирования темпа поступления кадров, а также устранения потерь и дублирования кадров в канале.

В то же время, например, спецификации стандартов IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC), где LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.

Наиболее часто используемыми на этом уровне протоколами являются:

· HDLC - для последовательных соединений типа IEEE 802.2;

· X.25, frame relay – для сетей с коммутацией пакетов;

· LLC (тип I и тип II), обеспечивающие управление доступом к среде (MAC) для сред 802.x;

· FDDI, Ethernet и Token ring – для локальных сетей.

Основная задача сетевого уровня – прозрачная передача данных между объектами транспортного уровня. Поэтому его услугами являются: сетевые адреса транспортных объектов, сетевые двухточечные соединения, прозрачная передача блоков данных любого размера, их упорядоченная доставка, уведомление об ошибках, параметры качества обслуживания и управление потоком данных.

Сетевой уровень отвечает, также, за деление пользователей на группы. На этом же уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. В конечном итоге, объекты сетевого уровня выполняют две взаимосвязанных функции - выбор маршрута передачи сообщения и создание условий в сети, исключающих ее перегрузку. Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

§ X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2);

§ IP - протокол Internet;

§ IPX - протокол межсетевого обмена;

§ CLNP - сетевой протокол без организации соединений.

Транспортный уровень услуг обеспечивает прозрачную передачу данных между сеансовыми (т.е. концевыми) объектами, поэтому все его протоколы функционируют в среде ВОС только между оконечными открытыми системами. Этот уровень предоставляет услуги по:

- установлению транспортных соединений

- передаче данных в виде файлов[1] и доступу к ним;

- разъединению транспортных соединений;

- защите файлов от несанкционированного доступа.

Кроме этого, транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень, компенсирует издержки в передаче пакетов, связанные с искажениями, потерей и изменением порядка следования пакетов. И в этом смысле, транспортный уровень обеспечивает более высокие уровни некоторой совершенной транспортировкой данных, позволяющей сделать нежелательные характеристики сети передачи данных незаметными для пользователя.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

q TCP - протокол управления передачей;

q NCP - Netware Core Protocol;

q SPX - упорядоченный обмен пакетами;

q TP4 - протокол передачи класса 4.

На сеансовом уровне устанавливаются соединения между двумя представительными объектами, и поддерживается взаимодействие по обмену данными. Для реализации передачи данных между представительными объектами сеансовые соединения отображаются в транспортные. Сеансовые соединения устанавливаются по запросу представительного объекта и разъединяются либо представительными, либо сеансовыми объектами. В установленном сеансовом соединении поддерживается диалог между представительными объектами даже при возможных потерях данных на транспортном уровне.

Представительный объект может получить доступ к другому 'представительному объекту только через сеансовое соединение, причем представительный объект может поддерживать несколько сеансовых соединений одновременно.

Представительные объекты идентифицируются сеансовыми адресами. Во многих системах существует взаимно однозначное соответствие между сеансовыми и транспортными адресами, однако, с одним транспортным адресом может быть связано несколько сеансовых.

Сеансовый уровень предоставляет услуги по: установлению сеансового соединения, разъединению сеансового соединения, обмену обычными данными, обмену срочными данными, управлению взаимодействием, синхронизации сеансового соединения и оповещению об особых состояниях. В каждый момент времени между сеансовыми и транспортными соединениями существует взаимно однозначное соответствие. Однако их время жизни может отличаться, когда транспортное соединение поддерживает несколько последовательных сеансовых соединений и наоборот - несколько последовательных транспортных поддерживают сеансовое соединение.

Таким образом, сеансовый уровень обеспечивает соединения, называемые сеансами или сессиями между конкретной парой прикладных процессов, при которых осуществляется:

- объявление задачи пользователя активным сетевым процессом;

- установление логической связи с другими задачами;

- завершение сеанса взаимодействия задач,

а его протоколы, обычно, являются составной частью функций трех верхних уровней МОС.

Представительный уровень или уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных, связанных с определением форматов, кодов и структур данных, представляемых на сеансовый уровень и обратно - в сторону прикладного процесса.

Оборудование и услуги представительного уровня гарантируют, что данные, которыми обмениваются устройства, поступают на прикладной уровень в понятном для них виде, а протоколы представления, обычно, также как и сеансовые, являются составной частью функций трех верхних уровней модели взаимодействия.

Прикладной уровень - это конечный уровень в ЭМВОС, который отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью. Следовательно, на данном уровне производится:

- решение информационно-вычислительных задач;

- моделирование процессов и систем;

- доступ и управление периферийными устройствами;

- административное управление сетями.

К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:

Ø FTP - протокол переноса файлов;

Ø ХTFTP - упрощенный протокол переноса файлов;

Ø X.400 - электронная почта;

Ø SMTP - простой протокол почтового обмена;

Ø CMIP - общий протокол управления информацией;

Ø SNMP - простой протокол управления сетью;

Ø NFS - сетевая файловая система;

Ø FTAM - метод доступа для переноса файлов.

Применительно к процессу передачи информации, реализация концепции многоуровневого взаимодействия объектов ИВС основана на последовательных преобразованиях передаваемой информации на каждом из перечисленных выше уровней. Сущность этих преобразований заключается в следующем (табл. 2).

Протокол прикладного уровня анализирует алгоритм решения задачи, определяет состав программ и данных, необходимых для ее решения. Устанавливается перечень программ и данных, принадлежащих другим ГВМ. Протокол представительного уровня реализует функции доступа к файлам данных и выполняет преобразование команд и файлов к требуемому формату. Протокол сеансового уровня устанавливает логические связи с задачами других пользователей и объявляет данную задачу активным сетевым процессом.

В результате выполнения протоколов 7, 6, 5 уровней формируется сообщение, состоящее из: поля контроля сообщения, предназначенного для обнаружения ошибок; поля данных (переменной длины), содержащего информационные или управляющие символы; заголовка процесса, содержащего идентификаторы исходного и удаленных процессов.

Сообщение может быть достаточно большим по объему, поэтому на транспортном уровне длинные сообщения разбиваются на фрагменты (блоки). При этом, каждый блок сообщения имеет наряду с заголовком процесса заголовок передачи, включающий в себя характеристики типа передаваемого файла и адреса абонентов.

Таблица 2

Преобразование информации на различных уровнях ЭМВОС

У р о в н и Э М В О С:

Прикладной,

Представительный

сеансовый

транспортный

сетевой

Канальный

Физический

Форма представления информации:

Сообщения

блоки

пакеты

Кадры

Биты

Ступени преобразования информации

Поле контроля сообщения

Поле данных

Заголовок процесса

Заголовок передачи (характе­ри­стика данных, адреса або­нен­тов)

Заголовок пакета (маршрут следования)

Заголовок информационного канала (управление каналом связи)

Электрические сигналы управления

На сетевом уровне каждый фрагмент (блок) сообщения разбивается на пакеты, а к прежним заголовкам в составе пакета добавляется и заголовок пакета, указывающий на маршрут его следования.

В соответствии с протоколом канального уровня передача пакетов ведется, как правило, кадрами переменной длины, структура которых включает заголовок информационного канала. Этот заголовок содержит сведения о числе переданных и принятых кадров, а также область ответа для подтверждения принятых кадров. Кроме того, для кадра формируется кодовая проверочная последовательность бит и каждый кадр обрамляется флагами с двух сторон.

В принципе, возможны и другие варианты и способы преобразования информации при ее передаче между абонентами ИВС или СОД, но результаты этих операций в смысле предоставления тех или иных услуг на каждом уровне должны удовлетворять идеологии и рекомендациям ЭМВОС. В то же время, с точки зрения развития теории построения ИВС и сетей телекоммуникаций, вообще, не менее опасно и слепое восприятие международных рекомендаций.