Понятие протокола. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interconnection) разработана международной организацией стандартизации (ISO – International Standard Organization). Эта модель используется для описания потоков данных между приложением пользователя и физическим соединением – с сетью.

Модель OSI разделяет коммуникационные функции на 7 уровней: 7. уровень приложений; 6. уровень представлений; 5. сеансовый уровень; 4. транспортный уровень; 3. сетевой уровень; 2. канальный уровень; 1. физический уровень.

Функции наиболее низкого – физического уровня находятся на первом уровне. Функции наиболее высокого уровня, отвечающие за работу приложений располагаются на верхнем уровне.

Концепция модели – каждый уровень предоставляет сервис последующему, более высокому уровню. Это позволяет каждому уровню взаимодействовать с тем же уровнем (и только с тем же) на другом компьютере. При прохождении сверху вниз, сообщение на каждом уровне снабжается заголовком. Затем оно передаётся по сети и на компьютере-получателе проходит уровни в обратном порядке; на каждом из них обрабатывается заголовок соответствующего уровня.

Фактически взаимодействие происходит только между соседними уровнями одного компьютера. Только на физическом уровне происходит непосредственное взаимодействие компьютеров посредством среды передачи.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это даёт следующие преимущества:

1. возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

2. возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

3. возможность лёгкого сопряжения одной сети с другой;

4. простота освоения и обслуживания сети.

Функциональное назначение уровней.

1. Физический уровень. Направляет неструктурированный поток битов данных через физическую среду передачи. Отвечает за аппаратное обеспечение. Определяет физические, электрические и механические характеристики линий связи (тип кабеля, количество разъёмов коннектора, назначение каждого разъёма и т.д.). Описывает топологию сети и определяет метод передачи данных по кабелю (электрический, оптический и т.д.).

2. Канальный уровень. Упаковывает неструктурированные биты данных с физического уровня в структурированные фреймы данных. Канальный уровень отвечает за обеспечение безошибочной передачи фреймов данных. Фреймы данных содержат исходный адрес и адрес назначения, что позволяет компьютеру извлекать данные, предназначенные только ему.

3. Сетевой уровень. Отвечает за адресацию сообщений и преобразование логических адресов имён в физические адреса канального уровня. Определяет путь (маршрут) прохождения данных от передающего компьютера к принимающему. Сетевой уровень реструктурирует фреймы канального уровня в пакеты сетевого уровня, т.е. разбивает большие на совокупность небольших или объединяет мелкие фреймы.

4. Транспортный уровень. Осуществляет контроль качества передачи и отвечает за распознавание и коррекцию ошибок. Гарантирует доставку сообщений, создаваемых на уровне приложений.

5. Сеансовый уровень. Позволяет двум приложениям на разных компьютерах установить, использовать и завершить соединение, которое называется сеансом. Координирует связь между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях. Обеспечивает синхронизацию задач и реализует управление диалогом между взаимодействующими процессами (определяет какая сторона передает, когда и как долго и т.д.).

6. Уровень представлений. Служит для преобразования данных, полученных с уровня приложений, в повсеместно распознаваемый промежуточный формат. Позволяет объединить в единую сеть разнотипные компьютеры, преобразуя их данные в единый формат. Осуществляет управление защитой в сети и шифрование данных (при необходимости). Обеспечивает сжатие данных, с целью уменьшения количества бит данных, требующих передачи.

7. Уровень приложений. Позволяет прикладным программам получить доступ к сетевому сервису. Уровень приложений непосредственно поддерживает пользовательские приложения (ПО для передачи файлов, доступа к БД, электронной почте и т.п.).

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами. Протоколы - это формализовано заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи компьютеров в сети. Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.