Основные функции уровней модели OSI

Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых выполняются прикладные задачи. С их помощью пользователь получает доступ к разделяемым ресурсам сети (файлам, принтерам, Web-страницам, e-mail и так далее). Примеры таких протоколов – FTP, HTTP, SMTP из стека TCP/IP.

Протоколы представительного уровня обеспечивают выбор вида представления данных, их интерпретацию, преобразование их кодировки и синтаксиса для разных протоколов прикладного уровня, шифрование данных. Пример – SSL из стека TCP/IP.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи между прикладными процессами на разных рабочих станциях, то есть установки и завершения сеансовых соединений, управления обмена данными, синхронизации соединения. Этот уровень введен для увеличения надежности передачи информации. Он практически не используется самостоятельно, чаще – как часть вышележащего прикладного уровня, или нижележащего - транспортного.

Единица данных, сформированная протоколами трех верхних уровней, называется сообщением.

Транспортный уровень обеспечивает верхним уровням стека протоколов передачу данных с требуемой степенью надежности. Это относится к возможности восстановления разорванного соединения, установления приоритета передачи данных. Главная задача этого уровня – обнаружение и устранение ошибок передачи данных, в частности, организация повторной передачи поврежденных и/или потерянных сообщений. Примеры транспортных протоколов – TCP и UDP из стека TCP/IP, SPX из стека IPX.

Сетевой уровень предназначен для обеспечения маршрутизации информации и управления информационными потоками, а также обнаружения ошибок и сообщения о них протоколам верхних уровней.

Единица данных, сформированная протоколами сетевого и транспортного уровней, называются пакетами.

Маршрутизацией называется выбор наилучшего (по каким-либо критериям) маршрута для передачи данных между узлами сети. Сеть может быть составной, то есть состоять из фрагментов, выполненных по разным технологиям и соединенных между собой маршрутизаторами. Внутри сети определенной технологии доставка данных осуществляется протоколами канального уровня с использованием локальных (например, аппаратных) адресов, а между сетями – протоколами сетевого уровня (например, IP из стека TCP/IP) с использованием сетевых адресов. Маршрутизаторы собирают информацию о топологии составной сети и запоминают ее в таблицах маршрутизации. Например, PC A из сети 1посылает сообщение PC B из сети 2.

Рис. 1.11. Организация маршрутизации

Передача возможна по двум путям – M1-M3 или M1-M2-M3. Первый маршрут короче, но выбор может осуществляться по критерию максимальной пропускной способности канала или минимальному времени прохождения пакета.

Канальный уровень обеспечивает организацию логического канала между получателем и отправителем в физической среде передачи. Канальный уровень ориентирован на конкретную сетевую технологию. Одна из его основных задач – организация доступа к среде передачи. Метод доступа определяет алгоритм, задающий порядок, в соответствии с которым компьютеры обмениваются данными в общей физической среде. Для организации такого обмена необходимо так же определить формат пакета данных и формат локальных адресов в данной технологии. Другая важная задача канального уровня – обнаружение, и, возможно, коррекция ошибок при передаче данных. Он обязательно вычисляет контрольную сумму для всего пакета и помещает ее в заголовок (или концевик) пакета. Но исправление обнаруженных ошибок в полученных пакетах не является обязательной функции канального уровня, протоколы отдельных технологий могут это делать, а других - нет. Примеры канальных протоколов – Ethernet, FDDI, и т.д.. Сообщения этого уровня называются кадрами.

Физический уровень обеспечивает механическую (стандартизация разъемов, контактов) и электрическую (форма сигналов, уровни тока и напряжения сигналов и 1.0), совместимость оборудования (приемников и передатчиков), определяет типы кодирования, скорость передачи и функциональные средства организации физических соединений при передаче данных между узлами. Он реализован во всех устройствах, которые подключаются к сети. Этот уровень не является логическим и имеет дело с передачей потока бит информации по физическим линиям связи.

Четыре нижних уровня (включая транспортный) образуют транспортную службу компьютерной сети, которая и обеспечивает передачу данных между рабочими станциями, а три верхних уровня обеспечивают логическое взаимодействие прикладных процессов.

На конечном компьютере протоколы физического уровня реализуются аппаратно в сетевых адаптерах и портах (например, последовательном, параллельном и т.д.), протоколы канального уровня – частично аппаратно в сетевом адаптере, частично программно в драйвере сетевого адаптера, который осуществляет взаимодействие с ОС. Протоколы остальных уровней модели OSI реализуются в ОС в виде программных модулей.

Компьютер с установленной на нем ОС взаимодействует с другим компьютером по протоколам всех 7-ми уровней модели OSI. Это взаимодействие компьютеры осуществляют через различные коммуникационные устройства сети. В зависимости от типа устройства оно может работать на разных уровнях модели OSI. Например, повторитель выполняет свои функции только на физическом уровне, а маршрутизатор - на физическом, канальном и сетевом (иногда используется и транспортный).

Под шлюзами в настоящее время подразумеваются аппаратно-программные или чисто программные комплексы, которые располагаются на границе двух сетей интерсети и осуществляется преобразование используемых в них протоколов на всех 7-ми уровнях модели OSI. Например, брандмауэры, прокси – серверы, и т.д.

Рис. 1.12. Соответствие функций сетевых устройств уровням модели OSI