Сетевые протоколы и уровни
Увеличение разнообразия различных архитектур связи побудило Международную организацию по стандартизации (МОС) направить значительные усилия на разработку стандарта архитектуры связи, который позволил бы системам открыто связываться между собой [43]. В 1979 году эти усилия увенчались успехом и была предложена, как указывалось выше, эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС или по английски OSI). Она состоит из семи уровней. Три нижних уровня представляют сетевые услуги. Протоколы, реализующие эти уровни должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня предоставляют услуги самим оконечным пользователям и таким образом связаны с ними, а не с сетью.
Уровень канала передачи данных и находящийся под ним физический уровень обеспечивают канал безошибочной передачи между двумя узлами в сети. Функция физического уровня заключается в гарантии того, что символы, поступающие в физическую среду передачи на одном уровне канала, достигнут другого конца. При использовании этой нижестоящей услуги по транспортировке символов задача протокола канала состоит в обеспечении надежной передачи блоков данных по каналу.
Функция сетевого уровня состоит в том, чтобы установить для передачи данных по сети от узла передачи до узла назначения. Этот уровень предусматривает также управление потоком или перегрузками с целью предотвращения переполнения сетевых ресурсов, которое может привести к прекращению работы.
Транспортный уровень обеспечивает надежный, последовательный обмен данными между двумя оконечными пользователями. Для этой цели на транспортном уровне используется услуга сетевого уровня. Он также управляет потоком, чтобы гарантировать правильный прием блоков данных.
Существование сеанса между двумя пользователями означает необходимость установления и прекращения сеанса. Это делается на уровне сеанса. Этот уровень при необходимости управляет переговорами, чтобы гарантировать правильный обмен данными.
Уровень представления управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи, а протоколы прикладного уровня придают соответсвующий смысл обмениваемой информации.
В сети с коммутацией пакетов блоками данных, передаваемых по сетевому маршруту от одного конца к другому, являются пакеты. Блоки или кадры данных, передаваемые по каналу связи через сеть, состоят из пакетов плюс управляющей информации в виде заголовков и окончаний, добавляемых к пакету непосредственно перед его отправлением из узла. В каждом принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, а затем вновь добавляется, когда этот узел в свою очередь передает пакет по каналу в следующий соседний узел. Этот принцип добавления управляющей информации к данным в архитектуре ВОС расширен и включает возможность добавления управляющей информации на каждом уровне архитектуры. Как это происходит, показано на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Блоки данных, применяемые в структуре сети ВОС
На каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация, и блок передается нижестоящему уровню. Данный уровень не просматривает блок данных, который он получает от вышестоящего уровня. Следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга.
На рис. 5.9 показан пример конкретной многоуровневой архитектуры связи. Между источником и получателем информации включен промежуточный узел. Пакет, поступающий по физической среде, связывающей исходящий узел с промежуточным, направляется на сетевой уровень этого узла, на котором определяется следующая часть пути в составе маршрута через сеть.
Рис. 5.9. Семиуровневая архитектура ВОС
5.7 ФИЗИЧЕСКИЙ И КАНАЛЬНЫЙ
УРОВНИ
Современные системы связи способны передавать сообщения в любой форме: телеграфные, телефонные, телевизионные, массивы данных, печатные материалы, фотографии и др. [36].
С точки зрения эталонной модели открытых систем, процедуры передачи данных действуют на физическом и канальном уровнях.
В соответствии со спецификой передаваемых сообщений организуется канал, представляющий собой комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов от источника к потребителю. К основным параметрам, характеризующим канал связи, относятся ширина полосы пропускания, допустимый динамический диапазон изменений амплитуды сигнала, а также уровень помех.
Передача больших информационных потоков на значительные расстояния осуществляется с помощью кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. В ближайшие годы можно ожидать широкого применения оптической связи по оптическим кабелям.
Рассмотрим основные принципы передачи информации с помощью электрических сигналов. Эти принципы, многие из которых носят фундаментальный характер, прочно вошли в практику не только систем электросвязи, но и вычислительной техники, и, конечно, информационных технологий.