Эталонная модель взаимосвязи открытых систем

Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС, OSI – Open System Interconnection model) – это модель, принятая ISO для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. Модель OSI признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.

В модели OSI информационная сеть рассматривается как со­вокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет мо­дернизацию средств по мере развития техники.

Модель OSI содержит семь уровней (рис.1.3).

Рис. 1.3. Семиуровневая модель протоколов взаимодействия ЛВС

7-й уровень – прикладной (Application): включает средства управления прикладными процессами; эти процессы могут объ­единяться для выполнения поставленных заданий, обменивать­ся между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Уровень включает, например, такие средства для взаимодействия прикладных программ, как прием и хранение пакетов в “почтовых ящиках” (mail-box).

6-й уровень – представительский (Presentation): реализуются функции представления данных (кодирование, форматирова­ние, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из кода EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code – символы кодируются восемью битами) в ASCII (American Standards Committee for Information Inter­change – семибитовый двоичный код) и т.п.

5-й уровень – сеансовый (Session): предназначен для орга­низации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) сети. На этом уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, пос­ледовательность и режим обмена запросами и ответами взаи­модействующих партнеров.

4-й уровень – транспортный (Transport): предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от следующего сетевого уровня, на котором обес­печивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мульти­плексирование и демультиплексирование (сборка-разборка па­кетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанной скорости и надежности передачи). На транспортном уровне пакеты обычно называют сегментами.

3-й уровень – сетевой (Network): на этом уровне происходит управление передачей пакетов через промежуточные узлы и сети, контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения пере­грузок, отрицательно влияющих на работу сети, маршрутизация пакетов. Маршрутизация пакетов – определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Маршрутизация сводится к определению логических каналов. Логическим каналом называется виртуаль­ное (не обязательно физическое) соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала необязательно соответствие не­коего физического соединения линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстраги­рования от физической реализации соединения.

2-й уровень – канальный (Link, уровень звена данных): предо­ставляет услуги по обмену данными между логическими объ­ектами предыдущего сетевого уровня и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружени­ем и исправлением ошибок, возникающих на следующем, фи­зическом уровне. Кадром называется пакет канального уровня, поскольку пакет на предыдущих уровнях может состоять из одного или многих кадров. В ЛВС функции канального уровня подразделяют на два подуровня: управление доступом к каналу (MAC – Medium Access Control) и управление логическим кана­лом (LLC – Logical Link Control). К подуровню LLC относится часть функций канального уровня, не связанных с особенностями передающей среды. На подуровне MAC осуществляется доступ к каналу передачи данных.

1-й уровень – физический (Physical): предоставляет механи­ческие, электрические, функциональные и процедурные сред­ства для установления, поддержания и разъединения логичес­ких соединений между логическими объектами канального уровня; реализует функции передачи битов данных через фи­зические среды. Именно на физическом уровне осуществляют­ся представление информации в виде электрических или оп­тических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

В конкретных случаях может возникать потребность в ре­ализации лишь части названных функций, тогда соответствен­но в сети имеется лишь часть уровней. Так, в простых (нераз­ветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней.

Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сете­вой уровень. На сетевом уровне сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегмен­тов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т.е. происходит инкапсуляция сегментов в пакеты). При передаче между узлами промежуточной ЛВС может потребоваться раз­деление пакетов на кадры (т.е. инкапсуляция пакетов в кадры). В приемном узле сегменты декапсулируются и восстанавлива­ется исходное сообщение.

Каналы ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

2.1. Каналы передачи данных: основные определения

Среда передачи данных – совокупность линий передачи дан­ных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для кон­кретного пользователя.

Линия передачи данных – средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нуж­ном направлении. Примерами линий передачи данных явля­ются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.

Характеристиками линий передачи данных являются зави­симости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибелах, 1 дБ = 10·lg(P1/P2), где Р1и Р2– мощность сигнала на входе и выходе линии соответст­венно.

При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скорос­тью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. определяется числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная скорость – числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость оп­ределяется полосой пропускания линии.

Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.

Максимально возможная информационная скорость V свя­зана с полосой пропускания F канала связи формулой Хар­тли-Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на log2k бит, где k – число возможных дискретных значений сигнала):

так как V=log2k/t, где t – длительность переходных процессов, приблизительно равная 3Тв, a Тв=1/(2F). Здесь k1+А, А – отношение сигнал/помеха.

Канал (канал связи) – средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделен­ная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное муль­типлексирование (иначе разделение по времени, или TDM – Time Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM – Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

Канал передачи данных – средства двустороннего обмена данными, включающие АКД и линию передачи данных.

По природе физической среды передачи данных (ПД) раз­личают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиаль­ными кабелями и витыми парами, а беспроводные – радио- и инфракрасными каналами.

В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых каналах для согласо­вания параметров среды и сигналов применяют амплитудную, частотную, фазовую и квадратурно-амплитудную модуляции. В цифровых каналах для передачи данных используют самосин­хронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов – кодово-импульсную модуляцию.

Первые сети ПД были аналоговыми, поскольку использо­вали распространенные телефонные технологии. Но в дальней­шем устойчиво растет доля цифровых коммуникаций (это ка­налы типа Е1/Т1, ISDN, сети Frame Relay, выделенные циф­ровые линии и др.).

В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возмож­ность одновременной передачи в обоих направлениях) и полу­дуплексные (возможность попеременной передачи в двух на­правлениях).

В зависимости от числа каналов связи в аппаратуре ПД различают одно- и многоканальные средства ПД. В локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных обычно используют временное мультиплексирование, в анало­говых каналах – частотное разделение.

Если канал ПД монопольно используется одной организа­цией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым, или виртуальным (общего пользования).

К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.