Світова практика створення систем призвела до необхідності розробки стандартів у всьому комплексі питань організації мережевих систем. У 1977 році комітет з обчислювальної техніки та обробки інформації ISO запропонував опис еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI, яка отримала назву 7-рівневої моделі. В даний час модель набула широкого поширення та визнання, оскільки створює основу як для аналізу існуючих, так і для визначення нових систем та стандартів.
Зображені рівні у повному або частковому складі присутні у будь-якій обчислювальній системі та взаємодіють на строгій ієрархічній основі, тобто. будь-який рівень обслуговує рівень вище та користується послугами нижнього рівня.
Завдяки стандартизації 7-рівневої моделі будь-які 2 пристрої мережі за умови дотримання стандарту можуть взаємодіяти, незважаючи на відмінності конструкції, функціонального призначеннята внутрішніх інтерфейсів. Така взаємодія стає можливою для різних моделейта класів ЕОМ. Комітетом зі стандартизації ЛОМ IEEE запропоновано розглядати фізичне середовище як рівень 0.
Рівень 1 – Фізичний
Забезпечує інтерфейс між пристроєм та середовищем передачі. Фізично через абонентські канали передається послідовність біт. Управління каналом зводиться до виділення початку і кінця кадру, формування та прийому сигналу, аналізу кодової послідовності. Стандарти фізичного рівня включають рекомендації X.21, що визначають електричні, механічні, функціональні та процедурні характеристики, необхідні для фізичного з'єднання каналів зв'язку.
Рівень 2 – Канальний
Формує дані, передані рівнем 1, т.зв. кадри та їх послідовності, здійснює управління доступом до передавальної середовища, виявляє та виправляє помилки. Фізичний та канальний рівні визначають характеристики каналів та методику передачі кадрів. Протоколи 2-го рівня відповідають рекомендаціям X.25 МККТ та у загальному випадку визначають процедуру управління каналами: дуплексним, напівдуплексним, симплексним.
Рівень 3 – Мережевий
Реалізує функції маршрутизації, щоб кадри рівня, які називаються пакетами, могли б передаватися через кілька каналів однією або декількома мережами. Зазвичай це вимагає включення до пакету мережної адреси. Основним завданням мережного протоколу є прокладання у кожному фізичному каналі сукупності логічних каналів (до 4096), підвищуючи ефективність використання фізичного каналу. Мережевий рівень може вести обробку помилок. Стандарт протоколу передачі містить рекомендації X.25/3 МККТ.
Рівень 4 – Транспортний
Робиться для користувачів та виконавців транспортного сервісу у відкритих системах зв'язку. Протокол звільняє користувача вивчення всіх функцій комутації, маршрутизації і селекції інформації т.к. забезпечує наскрізне керування рухом пакетів між цими процесами. Важливу роль транспортному рівні грає механізм вікна, дає право відправнику передати одержувачу без підтвердження кілька (до 8) блоків даних. Після закінчення передачі одержувач підтверджує отримання блоків даних або повідомляє про помилки у них. Процедура виконання цієї функції називається механізмом вікна. Стандарт на транспортний протокол ECMA-72. Містить процедури 5 класів.
Рівень 5 – Сеансовий
Забезпечує обмін блоками даних між об'єктами прикладного рівня. З цією метою протокол виконує велике числофункцій: 10 з організації передачі та 3 із синхронізації процедур взаємодії. Стандарт ECMA-75 визначає 4 класи сервісу: A–D.
Рівень 6 – Представницький
Здійснює інтерпретацію даних. Аналізується уявлення символів, формат сторінок, графічне кодування.
При керуванні екраном терміналу реалізуються інші функції:
чищення екрана позначення на екрані найважливіших полів за допомогою мерехтіння і т.д.
Європейська Асоціація Виробників ЕОМ розробила 4 взаємопов'язані стандарти ECMA-86 (основні принципи для 6-го рівня протоколів обміну). Один стандарт ECMA-84 (протокол узагальненого віртуального терміналу). І один стандарт ECAM-88 (протокол базового класу віртуального терміналу).
Рівень 7 – Прикладний
Реалізує всі функції, які можуть бути приписані нижньому рівню. На цьому рівні ISO розглядає такі протоколи:
FTAM– передача та керування файлами
JTM – передача та обробка завдань
VTSP - віртуальний термінальний сервіс
В основу FTAM покладено принцип віртуального файлового сховища, який забезпечує стандартний незалежний від конкретної ЕОМ спосіб опису структури файлів та їх характеристик.
JTM– базується на віддаленому введенні та виведенні інформації, що використовує зовнішні пристроїрізних ЕОМ.
VTSP- призначений для забезпечення взаємодії користувачів, розташованих у терміналів, з прикладними процесами, що знаходяться в різних ЕОМ.
Базова ЕМВОС – це модель, прийнята ISO для опису загальних принципіввзаємодії інформаційних систем ЕМВОС визнано всіма міжнародними організаціями як основу для стандартизації протоколів інформаційних мереж.
В ЕМВОС інформаційна мережа розглядається як сукупність функцій, які поділяються на групи, які називаються рівнями. Поділ на рівні дозволяє вносити зміни до засобів реалізації одного рівня без перебудови коштів інших рівнів, що значно спрощує та здешевлює модернізацію засобів у міру розвитку техніки.
ЕМВОС містить сім рівнів. Нижче наведено їх номери, назви та функції.
7-й рівень - прикладної (Application): включає засоби керування прикладними процесами; ці процеси можуть поєднуватися для виконання поставлених завдань, обмінюватися між собою даними. Іншими словами, на цьому рівні визначаються та оформлюються в блоки ті дані, які підлягають передачі по мережі. Рівень включає, наприклад, такі засоби для взаємодії прикладних програм, як прийом та зберігання пакетів у "поштових скриньках" (mail-box).
6-й рівень - представницький (Presentation):реалізуються функції представлення даних (кодування, форматування, структурування). Наприклад, цьому рівні виділені передачі дані перетворюються з коду ЕBCDIC в ASCII тощо.
5-й рівень - сеансовий (Session):призначений для організації та синхронізації діалогу, що ведеться об'єктами (станціями) мережі. На цьому рівні визначаються тип зв'язку (дуплекс або напівдуплекс), початок та закінчення завдань, послідовність та режим обміну запитами та відповідями взаємодіючих партнерів.
4-й рівень - транспортний (Transport): призначений для управління наскрізними каналами мережі передачі даних; цьому рівні забезпечується зв'язок між кінцевими пунктами (на відміну наступного мережного рівня, у якому забезпечується передача даних через проміжні компоненти мережі). До функцій транспортного рівня відносяться мультиплексування та демультиплексування (складання-розбирання пакетів), виявлення та усунення помилок у передачі даних, реалізація замовленого рівня послуг (наприклад, замовленої швидкості та надійності передачі). На транспортному рівні пакети зазвичай називають сегментами.
3-й рівень - мережевий (Network): на цьому рівні відбувається управління передачею пакетів через проміжні вузли та мережі, контроль навантаження на мережу з метою запобігання перевантаженням, що негативно впливають на роботу мережі, маршрутизаціяпакетів, тобто. визначення та реалізація маршрутів, якими передаються пакети. Маршрутизація зводиться до визначення логічних каналів. Логічним каналом називається віртуальне з'єднання двох або більше об'єктів мережного рівня, при якому можливий обмін даними між цими об'єктами. Поняття логічного каналу необов'язкове відповідність якогось фізичного з'єднання ліній передачі даних між пунктами, що зв'язуються. Це введено для абстрагування від фізичної реалізації сполуки.
2-й рівень - канальний (Link, рівень ланки даних): надає послуги з обміну даними між логічними об'єктами попереднього мережевого рівня та виконує функції, пов'язані з формуванням та передачею кадрів, виявленням та виправленням помилок, що виникають на наступному, фізичному рівні. Кадромназивається пакет канального рівня, оскільки пакет попередніх рівнях може складатися з однієї чи багатьох кадрів. У ЛОМ функції канального рівня поділяють на два підрівні: керування доступом до каналу(МАС - Medium Access Control) та управління логічним каналом ( LLC - Logical Link Control). До рівня LLC відноситься частина функцій канального рівня, не пов'язаних з особливостями передавального середовища. На підрівні МАС здійснюється доступ до каналу передачі.
1-й рівень - фізичний (Physical):надає механічні, електричні, функціональні та процедурні засоби для встановлення, підтримки та роз'єднання логічних сполук між логічними об'єктами канального рівня; реалізує функції передачі бітів даних через фізичні середовища. Саме фізично здійснюються подання інформації як електричних чи оптичних сигналів, перетворення форми сигналів, вибір параметрів фізичних середовищ передачі.
У конкретних випадках може виникати потреба у реалізації лише частини названих функцій, тоді відповідно в мережі є лише частина рівнів. Так, у простих (нерозгалужених) ЛОМ відпадає необхідність у засобах мережного та транспортного рівнів.
Передача даних через розгалужені мережі відбувається під час використання інкапсуляції/декапсуляціїпорцій даних. Так, повідомлення, що прийшло на транспортний рівень, ділиться на сегменти, які отримують заголовки і передаються на мережевий рівень. На мережному рівні сегмент може бути розділений на частини (пакети), якщо мережа не підтримує передачу сегментів повністю. Пакет забезпечується своїм мережевим заголовком (тобто відбувається інкапсуляція сегментів у пакети). При передачі між вузлами проміжної ЛОМ може знадобитися поділ пакетів на кадри (тобто інкапсуляція пакетів у кадри). У приймальному вузлі сегменти декапсулюються та відновлюється вихідне повідомлення.
Білет №9
1. Методи доступу до локальних обчислювальних мереж
Локальна обчислювальна мережа включає одиниці-десятки, рідше сотні комп'ютерів, що об'єднуються середовищем передачі даних, загальною для всіх вузлів. Одне з типових середовищ передачі в ЛОМ - відрізок (сегмент) коаксіального кабелю. До нього через апаратуру закінчення каналу даних підключаються вузли (станції даних), якими можуть бути комп'ютери та периферійне обладнання, що розділяється вузлами. Оскільки середовище передачі даних загальне, а запити на мережеві обміни у вузлів з'являються асинхронно, виникає проблема поділу спільного середовища між багатьма вузлами, іншими словами, проблема забезпечення доступу до мережі.
Доступом до мережіназивають взаємодію вузла мережі із середовищем передачі для обміну інформацією коїться з іншими вузлами. Управління доступом до середовища - встановлення послідовності, в якій вузли отримують повноваження щодо доступу до середовища передачі даних. Під повноваженням розуміється право ініціювати певні дії, що динамічно надаються об'єкту, наприклад станції даних у інформаційної мережі.
Методи доступу можуть бути випадковими чи детермінованими. Основним методом випадкового доступу, що використовується, є метод множинного доступу з контролем несучої та виявленням конфліктів(МДКН/ОК). Англомовна назва методу – Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD). Цей метод заснований на контролі несучої лінії передачі даних (на стеженні за наявністю в лінії електричних коливань) і усунення конфліктів, що виникають через спроб одночасного початку передачі двома або більше станціями. Усунення здійснюється шляхом припинення передачі конфліктуючими вузлами та повторенням спроб захоплення лінії кожним із цих вузлів через випадковий відрізок часу.
МДКН/ОК є децентралізованим широкомовним (broadcasting) методом. Усі вузли мають рівні права доступу до мережі. Вузли, що мають дані для передачі через мережу, контролюють стан лінії передачі даних. Якщо лінія вільна, то в ній немає електричних коливань. Вузол, який бажає розпочати передачу, виявивши в певний момент часу t 1 відсутність коливань, що захоплює вільну лінію, тобто. отримує повноваження щодо використання лінії. Будь-яка інша станція, яка бажає розпочати передачу в момент часу t 2 > t 1 при виявленні електричних коливань лінії, відкладає передачу до моменту t + t d, де t d- Затримка.
Розрізняють наполегливий та ненаполегливий МДКН/ОК залежно від того, як визначається t d. У першому випадку спроба захоплення каналу відбувається відразу після звільнення, що допустимо при слабкому завантаженні мережі. При помітному завантаженні велика ймовірність того, що кілька станцій претендуватимуть на доступ до мережі відразу після її звільнення, і, отже, конфлікти стануть частішими. Тому зазвичай використовують ненаполегливий МДКН/ОК, у якому затримка t dє випадковою величиною.
При роботі мережі кожна станція аналізує адресну частину кадрів, що передаються по мережі, з метою виявлення та прийому кадрів, призначених для неї.
Мал. 4.1. Алгоритми доступу методом МДКН/ОК
На рис. 4.1 представлені алгоритми прийому та передачі в одному з вузлів при МДКН/ОК.
Конфлікти (зіткнення) виникають, коли два або більше вузлів "одночасно" намагаються захопити лінію. Поняття "одночасність подій" у зв'язку з кінцівкою швидкості поширення сигналів по лінії конкретизується як відстань подій у часі не більше ніж на величину 2 dзвану вікном зіткнень, де d- час проходження сигналів по лінії між вузлами, що конфліктують. Якщо якісь вузли почали передачу у вікні зіткнень, то накладення сигналів цих вузлів один на одного призводить до поширення мережі спотворених даних. Це спотворення і використовується виявлення конфлікту. Це можна зробити або порівнянням у передавачі даних, що передаються в лінію (неспотворених) і одержуваних з неї (спотворених), або по появі постійної складової напруги в лінії. Останнє зумовлено тим, що манчестерський код, що використовується для подання даних, не має постійної складової, яка проте з'являється при його спотворенні. Виявивши конфлікт, вузол має повідомити про це партнера з конфлікту, надіславши додатковий сигналзатора, після чого станції повинні відкласти спроби виходу в лінію на якийсь час t d. Очевидно, що значення t dмають бути різними для станцій, що у конфлікті; тому t d- випадкова величина. Її математичне очікування повинно мати тенденцію до зростання в міру збільшення числа невдалих спроб захоплення лінії, що йдуть поспіль.
Серед детермінованих методів доступу до мережі передачі даних переважають маркерні методи доступу. Маркерні методи ґрунтуються на передачі повноважень на передачу одному з вузлів мережі за допомогою спеціального інформаційного об'єкта, що називається маркером.
Застосовується низка різновидів маркерних методів доступу. Наприклад, в естафетному методіпередача маркера виконується у порядку черговості; у способі селекторного опитування(квантованої передачі) сервер опитує станції даних і передає повноваження однієї з станцій, які готові до передачі. У кільцевих однорангових мережах широко застосовується маркерний доступ, що тактується, при якому маркер циркулює по кільцю і використовується станціями для передачі своїх даних.
2. Комплексні автоматизовані системи. Технологія EPD
Комплексна автоматизація проектування вносить докорінні зміни в технологію проектування, починаючи від підготовки вихідних даних, подання довідково-інформаційних матеріалів, методів вирішення та оцінки та до кінцевих операцій, тобто до виготовлення та розмноження проектно-кошторисної документації.
Нині значної частини проектних інститутів країни вже має досвід використання програм автоматизації окремих етапів у процесі проектування. Досвід комплексної автоматизації проектування поки що удосконалюється і тому ще остаточно не відпрацьовано стабільні методи та процедури такого проектування. Однак перехідною ланкою між застосуванням приватних програм і комплексною автоматизацією процесу проектування є технологічні лінії автоматизованого проектування (ТЛП), які розробляються в ряді науково-дослідних інститутів нашої країни і за кордоном. ТЛП об'єднують кілька спільно працюючих груп (бригад) автоматизованого проектування. Основним завданням ТЛП є підвищення якості проектно-кошторисної документації та продуктивності праці проектувальників.
Під час розробки проектів ТЛП може виконувати певний комплекс проектних робіт. При цьому структура ТЛП має дві підсистеми: що проектують та забезпечують. Підсистеми, що проектують, безпосередньо беруть участь у процесах розробки проекту, а забезпечують - займаються технологічною підготовкою процесів автоматизованого проектування (рис. II.7)
Організацію, управління та планування процесу проектування в ТЛП здійснюють за допомогою розроблених технологічних карт, які мають такі три види: технологічні карти проектування (ТКП), виконавчі технологічні карти (ІТК) та організаційні технологічні карти (ВТК). Основний з них при складанні потокової технології проектування на ТЛП є ТКП (табл. II.3), що складається в процесі аналізу всіх операцій, що виконуються на технологічній лінії, з визначенням термінів проектування та трудовитрат на кожному етапі.
Основою організації процесу проектування є ВТК (табл. П.4), які призначаються для подання відомостей про наявність програмного забезпечення та переліку проектних операцій, що становлять аналізований проектний процес.
ТПП використовує комплекс технічних засобів, що включають обчислювальну систему, організаційну техніку, засоби зв'язку.
Однією з перших у нашій країні була технологічна лінія з проектування каркасів цивільних будівель на основі серії ІІ-04-КОРТ (каркас ортогональний).
EPD-технології (Elect-ronic Product Definition - електронний опис виробу). Відповідно до EPD-підходу вся інформація, що відноситься до одного виробу, структурується за типом, призначенням та пов'язується з послідовністю технологічних виробничих процесів (причому відповідно до структури самого виробу). EPD-технологія забезпечує розробку та підтримку електронної інформаційної моделі протягом усього життєвого циклувироби (включаючи маркетинг, концептуальне та робоче проектування, технологічну підготовку, виробництво, експлуатацію, ремонт та утилізацію)
Білет №10
Різновиди САПР
Класифікацію САПР здійснюють за низкою ознак, наприклад за додатком, цільовим призначенням, масштабами (комплексності розв'язуваних завдань), характером базової підсистеми - ядра САПР.
За додаткаминайбільш представницькими і широко використовуються такі групи САПР:
- САПР для застосування у галузях загального машинобудування. Їх часто називають машинобудівними САПР чи системами MCAD (Mechanical CAD);
- САПР для радіоелектроніки: системи ECAD (Electronic CAD) або EDA (Electronic Design Automation);
- САПР у галузі архітектури та будівництва.
Крім того, відома велика кількість спеціалізованих САПР, що виділяються у зазначених групах, або що представляють самостійну гілка класифікації. Прикладами таких систем є САПР великих інтегральних схем (ВІС); САПР літальних апаратів; САПР електричних машин тощо.
За цільовим призначеннямрозрізняють САПР чи підсистеми САПР, що забезпечують різні аспекти (страти) проектування. Так, у складі MCAD з'являються розглянуті вище CAE/CAD/CAM-системи.
За масштабамирозрізняють окремі програмно-методичні комплекси (ПМК) САПР, наприклад: комплекс аналізу міцності механічних виробів відповідно до методу кінцевих елементів (МКЕ) або комплекс аналізу електронних схем; системи ПМК; системи з унікальними архітектурами як програмного (software), а й технічного (hardware) забезпечень.
За характером базової підсистеми розрізняють такі різновиди САПР:
1. САПР на базі підсистеми машинної графіки та геометричного моделювання. Ці САПР орієнтовані додатки, де основний процедурою проектування є конструювання, т. е. визначення просторових форм і взаємного розташування об'єктів. До цієї групи систем належить більшість САПР у галузі машинобудування, побудованих з урахуванням графічних ядер.
В даний час широко використовують уніфіковані графічні ядра, які застосовуються більш ніж в одній САПР (ядро Parasolid фірми EDS Urographies та ACIS фірми Intergraph).
2. САПР з урахуванням СУБД. Вони спрямовані на додатки, у яких за порівняно нескладних математичних розрахунках переробляється великий обсяг даних. Такі САПР переважно зустрічаються в техніко-економічних додатках, наприклад, при проектуванні бізнес-планів, але вони є також при проектуванні об'єктів, подібних до щитів управління в системах автоматики.
3. САПР з урахуванням конкретного прикладного пакета. Фактично це автономно використовувані ПМК, наприклад, імітаційного моделювання виробничих процесів, розрахунку міцності по МКЕ, синтезу та аналізу систем автоматичного керуванняі т. п. Часто такі САПР належать до систем САЕ. Прикладами можуть бути програми логічного проектування з урахуванням мови VHDL, математичні пакети типу MathCAD.
4. Комплексні (інтегровані) САПР, що складаються із сукупності підсистем попередніх видів. Характерними прикладами комплексних САПР є CAE/CAD/CAM-системи у машинобудуванні чи САПР БІС. Так, САПР БІС включає СУБД і підсистеми проектування компонентів, принципових, логічних і функціональних схем, топології кристалів, тестів для перевірки придатності виробів Для управління такими складними системами застосовують спеціалізовані системні середовища.
Заняття № 14 «Цифровізація та інтеграція мереж зв'язку»
1. Етапи розвитку технологій побудови ТКС
У сучасних комп'ютеризованих засобах зв'язку практично всю «функціональну» начинку визначає записана на згадку програма, що керує роботою мікропроцесора. У цьому практично неможливо зіставити окремі функції окремим електронним елементам.
Послідовність команд, що виконуються комп'ютером за заданою програмою, зазвичай представляють як алгоритм, зображення якого має форму впорядкованих по вертикалі функціональних модулів. Подібне зображення дійсно нагадує будівлю і дозволяє для процесів перетворення інформації, що втратили наочність, в сучасних засобах зв'язку скористатися аналогією будівельного поняття «архітектура».
Іншим прикладом використання нових аналогій з галузі будівництва є вираз « технології побудови ТКС», в яке вкладається сенс не будівництва стаціонарних об'єктів чи розгортання польових засобів зв'язку, а вибір певного взаємопов'язаного функціонального наповнення елементів мережі як тієї чи іншої «архітектури».
Конкретні мережеві технології (технології побудови мережі) фактично визначають правила, за якими працює мережа протягом заданого (зовнішньої системи управління) часу, витрачаючи відповідні даним технологіям ресурси та виконуючи поточні вимоги користувачів (абонентів) щодо зв'язку у певних (як правило, заважають) умовах впливу довкілля.
Слід зазначити, що користувачів, в принципі, не цікавить, які технології реалізовані в мережі. Користувачам необхідний результат діяльності мережі у вигляді послуг зв'язку, що надаються мережею у певних (заважають) умовах і за певну оплату ресурсів (або в обмін на ресурси, що виділяються). Але взаємозв'язок якості послуг, допустимих зовнішніх умов і ресурсів, що споживаються (описуються зовнішніми функціональними характеристиками), якраз, і залежить від використовуваних в мережі технологій (описуваних внутрішніми функціональними характеристиками).
Результатом злиття галузей обробки та обміну інформацією стала поява інформаційних мереж, що реалізують усі безліч інформаційних процесівобробки та передачі інформації.
Інформаційна мережа(ІВ) – це складна розподілена у просторі технічна система, Що являє собою функціонально пов'язану сукупність програмно-технічних засобів обробки та обміну інформацією і що складається з територіально розподілених інформаційних вузлів (підсистем обробки інформації) та каналів передачі інформації, що з'єднують дані вузли.
Узагальнено функціональну архітектуру ІВ можна подати у вигляді трирівневої концептуальної моделі.
Перший рівень (внутрішній) описує функції та правила взаємозв'язку при передачі різних видів інформації між територіально віддаленими абонентськими системами через фізичні канали зв'язку (передачі) та реалізується транспортною мережею(Раніше подібні функції виконувала первинна мережа зв'язку).
Другий рівень (проміжний) визначає функції та правила обміну інформацією на користь взаємозв'язку прикладних процесів різних абонентських систем та реалізується телекомунікаційною мережею, що є єдиною
інфраструктуру для обміну різними видами інформації на користь користувачів інформаційної мережі (раніше подібні функції виконували різні вторинні мережі зв'язку).
Третій рівень (зовнішній) утворюється сукупністю прикладних процесів, розміщених у територіально віддалених абонентських системах, що є споживачами інформації та виконують її змістовну обробку. Третій рівень, доповнюючи перший і другий зазначеними функціями обробки інформації, утворює зовнішній вигляд інформаційної мережі.
2. Еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем
Інформаційний процес взаємодії користувачів в ІС починається і закінчується поза самою мережею і включає ряд вкладених етапів, одним з яких є реалізація телекомунікаційної мережі процесу взаємозв'язку в інтересах взаємодії інформаційних процесів, що реалізують змістовну обробку формалізованих повідомлень при вирішенні того чи іншого прикладного завдання.
Зазначений процес взаємозв'язку також може бути представлений у вигляді послідовності різноманітних і, як правило, багаторазових функціональних перетворень інформаційних повідомлень у різних мережевих елементах з однієї цифрової форми в іншу та з одного виду фізичних (електричних) сигналів в інші.
Для різних телекомунікаційних мереж, створюваних у час різними виробниками, групування зазначених функціональних перетворень по-різному. Відрізняється також кількість етапів і функцій процесу взаємозв'язку, що виділяються, часто об'єднуються в рамках тієї чи іншої функціональної архітектури ІВ (ТКС) в окремі рівні або шари. Нині існує низка різних архітектур стали де-факто чи де-юре міжнародними відкритими (загальноприйнятими) стандартами.
Прикладом найбільш відомої та детально опрацьованої архітектури є семирівнева еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем(ЕМВОС),
запропонована Міжнародною організацією стандартів. Дана архітектура орієнтована на опис реалізації лише функцій взаємозв'язку при взаємодії ІП, що виконують функції змістовної обробки інформації в територіально розподілених вузлах ІВ (тому ми називатимемо цю архітектуру архітектурою ТКС, а не архітектурою ІВ).
В англомовному позначенні ЕМВОС іноді наголошується на приналежності даної моделі. взаємозв'язку відкритих систем(ОС) (OSI – Open System Interconnection) до розробок МОС (ISO – International Standards Organization) у вигляді
Слід зазначити, що в російськомовній літературі часто абревіатура ЕМВОС розшифровується як еталонна модель взаємодії, не взаємозв'язку відкритих систем, що є наслідком неточного перекладу слова
"Interconnection".
Основним російським стандартом, який визначає принципи архітектури взаємозв'язку відкритих систем, є ГОСТ 28906-91 «Системи обробки інформації. Взаємозв'язок відкритих систем. Базова еталонна модель». Цей стандарт підготовлений методом прямого застосування стандартів МОС 7498-84, МОС 7498-84 Дод. 1 та повністю їм відповідає. Аналогічні поради
Поняття «відкритості» систем означає взаємне визнання та підтримку відповідних стандартів взаємозв'язку і не пов'язане з їхньою конкретною реалізацією та з технічними (програмними) засобами, що використовуються.
3. З'єднання |
Транспортна |
4. Фізичне середовище |
|
Мал. 1. Основні елементи ЕМВОС та їх співвідношення з архітектурою ІВ
Основу ЕМВОС складають чотири елементи, представлені на рис. 1, згідно з яким компоненти прикладних процесів, звані прикладними логічними об'єктами (далі для стислості – логічні об'єкти), реалізують процеси взаємозв'язку відкритих систем за встановлюваними сполуками через середовище ВОС, під яким розуміється сукупність взаємодіючих реальних відкритих систем разом з фізичним середовищем для ВОС, призначеної для передачі інформації з-поміж них. Як фізичне середовище для ВОС зазвичай виступають цифрові канали передачі різної фізичної природи.
Еталонною моделлю в рамках середовища ВОС поряд з варіантом взаємозв'язку із встановленням з'єднання (з використанням постійних або комутованих віртуальних каналів) передбачено також варіант взаємозв'язку без встановлення з'єднання, що відповідає дейтаграмному режиму роботи мережі з комутацією пакетів (без використання віртуальних каналів). У цілому ж велике різноманіття та складність функцій взаємозв'язку призвели до необхідності їхнього ієрархічного поділу на групи (шари, рівні) у рамках відкритої системи та створення багаторівневої архітектури телекомунікаційних мереж.
Рівнева організація ЕМВОС
Будь-яка багаторівнева організація спеціалізованих систем є свідомо надмірною і не ефективною для конкретних умов застосування, але вона значно спрощує побудову відкритих систем (загального користування), призначених для роботи в різноманітних умовах і складаються з безлічі елементів, що узгоджено виконують функції окремих рівнів, будучи розробленими різними незалежними. виробниками.
При вирішенні питання про те, де мають бути проведені кордони між рівнями
і скільки має бути рівнів, розробники ЕМВОС спиралися на певні принципи розбиття на рівні, основними з яких є:
кількість рівнів не повинна бути занадто великою; проводити кордон між рівнями слід у тому місці, де опис послуг
є найпростішим, кількість операцій через кордон мінімально і вже є відповідний стандартний інтерфейс;
створювати окремі рівні слід для виконання специфічних функцій, що відрізняються за реалізуючими їх процесами або технічними рішеннями;
слід формувати рівні з функцій, що легко локалізуються, із забезпеченням можливості їх оновлення незалежно від функцій сусідніх рівнів;
для кожного рівня слід створювати інтерфейси тільки з вищим і нижчим рівнем;
можливе утворення підрівнів у межах рівня у тому випадку, коли цього вимагають специфічні види послуг (має бути передбачена можливість обходу підрівнів).
Керуючись зазначеними принципами, в ЕМВОС було виділено сім рівнів, які зазвичай перераховуються зверху вниз:
7 рівень - прикладний (application layer);
6 рівень - подання даних або представницький (presentation layer); 5 рівень - сеансовий (session layer);
4 рівень – транспортний (transport layer);
3 рівень – мережевий (network layer);
2 рівень - ланки даних або канальний (data link layer); 1 рівень - фізичний (physical layer).
Опис рівнів ЕМВОС спирається на ряд формалізованих понять, наведених нижче з короткими поясненнями:
Протокол – сукупність правил взаємодії рівноправних логічних об'єктів (різних відкритих систем).
Межурівневий інтерфейс- Сукупність правил взаємодії логічних об'єктів сусідніх рівнів при наданні N-послуг об'єктам (N +1)-рівня.
Основними функціями всіх рівнів є:
вибір протоколу; встановлення та розрив з'єднання;
мультиплексування та розщеплення з'єднань; передача нормальних (звичайних) даних; передача термінових (позачергових) даних (з пріоритетом);
управління потоком даних (затримками, швидкістю та розміром ПБД); сегментування (складання) або блокування (деблокування) даних; організація послідовності даних (нумерація); захист від помилок (виправлення, виявлення та скидання та/або повторення);
маршрутизація (адресування та розподіл потоків даних).
Відмінності складу даних функцій та його кількісних параметрів окремих рівнів є відмітними ознаками реальних мережевих технологій, які збігаються з ЭМВОС повному обсязі.
Часто ієрархічно організований набір протоколів різних рівнів конкретних мережевих технологій називається стеком протоколів.
Важливим для кількісної оцінки результатів надання N-послуг є завдання параметрів якості послуг, основними з яких є:
параметри затримки передачі; параметри спотворень інформації; параметри втрат інформації; параметри неправильної адресації;
параметри безпеки від несанкціонованого доступу.
В основному дані параметри є імовірнісними (усередненими або граничними). Визначення взаємозв'язку даних параметрів з параметрами протоколів, доступними ресурсами та умовами, що заважають, є основним завданням при оцінці якості мережевих технологій.
Значення параметрів якості нижніх рівнів впливають на значення параметрів якості послуг верхніх рівнів. Зрештою, значення параметрів якості послуг верхнього рівня визначають якість сервісу (QoS – Quality of Service), що надається мережею зв'язку від імені конкретних мережевих служб.
Еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем (OSI – Open System Interconnection)
Протоколи
Прикладний |
|||
Представницький |
|||
Сеансовий |
|||
Транспортний |
|||
Рівень ланки |
|||
даних (канальний) |
|||
Фізичний |
|||
Середовище передачі (кабель мідний, оптичний, радіо)
Фізичний рівень
Фізичний рівень (Physical layer) має справу з передачею бітів фізичними каналами зв'язку, таким, наприклад, як коаксіальний кабель, кручена пара,
оптоволоконний кабель або цифровий територіальний канал. До цього рівня відносяться характеристики фізичних середовищ передачі даних, такі як смуга пропускання, схибленість, хвилевий опір та інші. На цьому рівні визначаються характеристики електричних сигналів, що передають дискретну інформацію, наприклад, крутість фронтів імпульсів, рівні напруги або струму переданого сигналу, тип кодування, швидкість передачі сигналів. Крім цього, тут стандартизуються типи роз'ємів та призначення кожного контакту.
Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. З боку комп'ютера функції фізичного рівня виконуються мережним адаптером чи послідовним портом.
Прикладом протоколу фізичного рівня може бути специфікація l0-Base-T технології Ethernet, яка визначає як використовуваний кабель неекрановану кручена пара категорії 3 з хвильовим опором 100 Ом, роз'єм RJ-45, максимальну довжину фізичного сегмента 100 метрів, манчестерський код для представлення даних в кабелі, а також деякі інші характеристики середовища та електричних сигналів.
Канальний рівень
Фізично просто пересилаються біти. При цьому не враховується, що в деяких мережах, у яких лінії зв'язку використовуються (розділяються) поперемінно кількома парами комп'ютерів, що взаємодіють, фізичне середовище передачі може бути зайняте. Тому одним із завдань канального рівня (Data Link layer) є перевірка доступності середовища передачі. Іншим завданням канального рівня є реалізація механізмів виявлення та корекції помилок. І тому на канальному рівні біти групуються набори, звані кадрами (frames). Канальний рівень забезпечує коректність передачі кожного кадру, поміщаючи спеціальну послідовність біт на початок і кінець кожного кадру, для його виділення, а також обчислює контрольну суму, обробляючи всі байти кадру певним способом і додаючи контрольну суму до кадру. Коли кадр приходить по мережі, одержувач знову обчислює контрольну суму отриманих даних і порівнює результат із контрольною сумою з кадру. Якщо вони збігаються, кадр вважається правильним та приймається. Якщо контрольні суми не збігаються, то фіксується помилка. Канальний рівень може виявляти помилки, а й виправляти їх з допомогою повторної передачі пошкоджених кадрів. Необхідно відзначити, що функція виправлення помилок не є обов'язковою для канального рівня, тому в деяких протоколах цього рівня вона відсутня, наприклад, Ethernet і frame relay.
У протоколи канального рівня, що використовуються в локальних мережах, закладено певну структуру зв'язків між комп'ютерами та способи їх адресації. Хоча канальний рівень і забезпечує доставку кадру між будь-якими двома вузлами локальної мережі, він це робить тільки в мережі з певною топологією зв'язків, саме тією топологією, для якої він був розроблений. До таких типових топологій, що підтримуються протоколами канального рівня локальних мереж, відносяться загальна шина, кільце та зірка, а також структури, отримані з них за допомогою мостів та комутаторів. Прикладами протоколів канального рівня є протоколи Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.
У локальних мереж протоколи канального рівня використовуються комп'ютерами,
мостами, комутаторами та маршрутизаторами. У комп'ютерах функції канального рівня реалізуються спільними зусиллями мережевих адаптерів та його драйверів.
У глобальних мережах, які рідко мають регулярну топологію, канальний рівень часто забезпечує обмін повідомленнями тільки між двома сусідніми комп'ютерами, з'єднаними індивідуальною лінією зв'язку. Прикладами протоколів"точка-точка" (як часто називають такі протоколи) можуть бути широко поширені протоколи РРР і LAP-B. У таких випадках для доставки повідомлень між кінцевими вузлами через мережу використовуються засоби мережного рівня. Саме так організовано мережі Х.25. Іноді у глобальних мережах функції канального рівня у чистому вигляді виділити важко, оскільки у тому самому протоколі вони поєднуються з функціями мережного рівня. Прикладами такого підходу можуть бути протоколи технологій АТМ і frame relay.
У Загалом канальний рівень є дуже потужним і закінченим набором функцій з пересилання повідомлень між вузлами мережі. У деяких випадках протоколи канального рівня виявляються самодостатніми транспортними засобами і можуть допускати роботу поверх них безпосередньо протоколів прикладного рівня або додатків, без залучення засобів мережевого та транспортного рівнів. Наприклад, існує реалізація протоколу керування мережею SNMP безпосередньо поверх Ethernet, хоча стандартно цей протокол працює поверх мережевого протоколу IP та транспортного протоколу UDP. Природно, що застосування такої реалізації буде обмеженим - вона не підходить для складових мереж різних технологій, наприклад, Ethernet і Х.25, і навіть для такої мережі,
в якої у всіх сегментах застосовується Ethernet, але між сегментами існуютьпетлеподібні зв'язки. А ось у двосегментній мережі Ethernet, об'єднаній мостом, реалізація SNMP над канальним рівнем буде цілком працездатною.
Проте для забезпечення якісного транспортування повідомлень у мережах будь-яких топологій та технологій функцій канального рівня виявляється недостатньо, тому в моделі OSI вирішення цього завдання покладається на два наступні рівні – мережний та транспортний.
Мережевий рівень
Мережевий рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що об'єднує кілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати абсолютно різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами і мати довільну структуру зв'язків. Функції мережного рівня досить різноманітні. Почнемо їх розгляд з прикладу об'єднання локальних мереж.
Протоколи канального рівня локальних мереж забезпечують доставку даних між будь-якими вузлами лише мережі з відповідної типової топологією, наприклад топологією ієрархічної зірки. Це дуже жорстке обмеження, яке дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, які об'єднують кілька мереж підприємства у єдину мережу, чи високонадійні мережі, у яких існують надлишкові зв'язки між вузлами. Можна було б ускладнювати протоколи канального рівня підтримки петлевидних надлишкових зв'язків, але принцип поділу обов'язків між рівнями призводить до іншого решению. Щоб з одного боку зберегти простоту процедур передачі для типових топологій, а з іншого допустити використання довільних топологій, вводиться додатковий мережевий рівень.
На мережному рівні сам термін мережу наділяють специфічним значенням. В данному
у випадку під мережею розуміється сукупність комп'ютерів, з'єднаних між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і використовують для передачі даних один із протоколів канального рівня, визначений для цієї топології.
Всередині мережі доставка даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережевий рівень, який і підтримує можливість правильного вибору маршруту передачі повідомлення навіть у тому випадку, коли структура зв'язків між складовими мережами має характер, відмінний від прийнятого в протоколах канального рівня. Мережі з'єднуються між собою спеціальними пристроями, які називають маршрутизаторами. Маршрутизатор - це пристрій, який збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її підставі пересилає пакети мережного рівня до мережі призначення. Щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, одержувачу, що знаходиться в іншій мережі, потрібно здійснити деяку кількість транзитних передач між мережами, або хопів (від hop - стрибок), щоразу вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, маршрут є послідовністю маршрутизаторів, через які проходить пакет.
Проблема вибору найкращого шляху називається маршрутизацією, та її рішення є одним із головних завдань мережного рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі за цим маршрутом; воно залежить від пропускної спроможностіканалів зв'язку та інтенсивності трафіку, яка може змінюватися з часом. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші приймають рішення з урахуванням середніх показників протягом тривалого часу. Вибір маршруту може здійснюватися за іншими критеріями, наприклад надійності передачі.
У випадку функції мережного рівня ширше, ніж функції передачі повідомлень у зв'язки з нестандартною структурою, які ми розглянули з прикладу об'єднання кількох локальних мереж. Мережевий рівень вирішує також завдання узгодження різних технологій, спрощення адресації у великих мережах та створення надійних та гнучких бар'єрів на шляху небажаного трафіку між мережами.
Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packets). Під час організації доставки пакетів на мережному рівні використовується поняття «номер мережі». У цьому випадку адреса одержувача складається зі старшої частини – номера мережі та молодшої – номера вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати одну й ту саму старшу частину адреси, тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, формальне визначення: мережа - це сукупність вузлів, мережна адреса яких містить один і той же номер мережі.
На мережному рівні визначаються два види протоколів. Перший вид – мережеві протоколи (routed protocols) – реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережевого рівня відносять і інший вид протоколів, які називаються протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації (routing protocols). За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань. Протоколи мережного рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними та апаратними засобами маршрутизаторів.
На мережному рівні працюють протоколи ще одного типу, які відповідають за відображення адреси вузла, що використовується на мережному рівні, на локальну адресу мережі. Такі протоколи часто називають протоколами дозволу адрес - Address Resolution Protocol, ARP. Іноді їх відносять немає до мережного рівня, а канальному, хоча тонкощі класифікації не змінюють їх суті.
Прикладами протоколів мережевого рівня є протокол міжмережевого взаємодії IP стека TCP/IP і протокол міжмережевого обміну пакетами IPX стека
Транспортний рівень
На шляху від відправника до одержувача пакети можуть бути спотворені чи загублені. Хоча деякі програми мають власні коштиобробки помилок, існують і такі, які вважають за краще відразу мати справу з надійним з'єднанням. Транспортний рівень (Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека - прикладному та сеансовому - передачу даних з тим ступенем надійності, який їм потрібний. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, що надаються транспортним рівнем. Ці види сервісу відрізняються якістю послуг, що надаються: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне - здатністю до виявлення та виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата та дублювання пакетів.
Вибір класу сервісу транспортного рівня визначається, з одного боку, тим, якою мірою завдання забезпечення надійності вирішується самими додатками та протоколами вищих, ніж транспортний, рівнів, а з іншого боку, цей вибір залежить від того, наскільки надійною є система транспортування даних у мережі, що забезпечується рівнями, розташованими нижче транспортного - мережевим, канальним та фізичним. Так, наприклад, якщо якість каналів передачі зв'язку дуже висока і ймовірність виникнення помилок, не виявлених протоколами нижчих рівнів, невелика, то розумно скористатися одним із полегшених сервісів транспортного рівня, не обтяжених численними перевірками, квитуванням та іншими прийомами підвищення надійності. Якщо ж транспортні засоби нижніх рівнів спочатку дуже ненадійні, то доцільно звернутися до найбільш розвиненого сервісу транспортного рівня, який працює, використовуючи максимум засобів для виявлення та усунення помилок, - за допомогою попереднього встановлення логічного з'єднання, контролю доставки повідомлень за контрольними сумами та циклічної нумерації пакетів , встановлення тайм-аутів доставки тощо.
Як правило, всі протоколи, починаючи з транспортного рівня та вище, реалізуються програмними засобамикінцевих вузлів мережі – компонентами їх мережевих операційних систем. Як приклад транспортних протоколів можна навести протоколи TCP і UDP стека TCP/IP та протокол SPX стека Novell.
Протоколи нижніх чотирьох рівнів узагальнено називають мережевим транспортом або транспортною підсистемою, оскільки вони вирішують задачу транспортування повідомлень із заданим рівнем якості в складових мережах з довільною топологією і різними технологіями. Інші три верхні рівні вирішують завдання надання прикладних сервісів на підставі наявної транспортної підсистеми.
Сеансовий рівень
Сеансовий рівень (Session layer) забезпечує управління діалогом: фіксує, яка зі сторін є активною зараз, надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися до останньої. контрольній точці, а не починати все спочатку. Насправді деякі додатки використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується як окремих протоколів, хоча функції цього рівня часто поєднують з функціями прикладного рівня і реалізують одному протоколі.
Представницький рівень
Представницький рівень (Presentation layer) має справу з формою подання інформації, що передається по мережі, не змінюючи при цьому її змісту. За рахунок рівня подання інформація, що передається прикладним рівнем однієї системи, завжди зрозуміла прикладному рівню іншої системи. За допомогою засобів даного рівня протоколи прикладних рівнів можуть подолати синтаксичні відмінності у поданні даних або відмінності в кодах символів, наприклад кодів ASCII та EBCDIC. На цьому рівні може виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки якому секретність обміну даними забезпечується одразу для всіх прикладних служб. Прикладом такого протоколу є Secure Socket Layer (SSL), який забезпечує секретний обмін повідомленнями для протоколів прикладного рівня стека TCP/IP.
Прикладний рівень
Прикладний рівень (Application layer) - це насправді просто набір різноманітних протоколів, за допомогою яких користувачі мережі отримують доступ до ресурсів, що розділяються, таким як файли, принтери або гіпертекстові Webсторінки, а також організують свою спільну роботу, наприклад, за допомогою протоколу електронної пошти. Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, зазвичай називається повідомленням (message).
Існує дуже велика різноманітність служб прикладного рівня. Наведемо як приклад хоча б кілька найпоширеніших реалізації файлових служб: NCP в операційній системі Novell NetWare, SMB у Microsoft
Windows NT, NFS, FTP і TFTP, що входять до стек TCP/IP.
Наведений вище перелік служб електрозв'язку характеризує різноманітність послуг, які надаються операторами зв'язку. Ще більшим може стати перелік телекомунікаційних систем, що використовуються для надання цих послуг. Більшість телекомунікаційних можна як системи відкриті, тобто системи, яких у будь-який час можливе приєднання нових користувачів і систем. Наведемо ще одне базове для телекомунікацій визначення:
Під терміном «відкрита система» мається на увазі система, яка може взаємодіяти з будь-якою іншою системою, яка відповідає вимогам відкритої системи.
За якими критеріями формуються ці «вимоги відкритої системи»? Щоб виділити загальне у великому розмаїтті приватних реалізацій, що сьогодні не зустрічаються на ринку телекомунікаційних систем, необхідно було запропонувати деяку еталонну або базову модель відкритої системи (OSI – Open Systems Interconnection) і в 1983 р. як еталонну модель Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO – International) Standards Organization) затверджено семирівневу модель, в якій всі процеси, що реалізуються відкритою системою, розбиті на взаємно підпорядковані рівні. Рівень з меншим номером надає послуги суміжному з ним верхнього рівня і користується при цьому суміжним з ним нижнього рівня. Найвищий (7) рівень лише споживає послуги, а найнижчий (1) лише їх надає.
Рівень 0пов'язані з фізичної середовищем - передавачем сигналу і хоча формально не входить у схему моделі OSI, він згадується у багатьох джерелах як необхідний класифікації системи рівень. Цей рівень характеризує середовище поширення сигналу, якою відбувається з'єднання кінцевих пристроїв телекомунікаційної системи: кабелі, радіолінії, оптичні лінії тощо. Цей рівень нічого й не описує, лише свідчить про середовище. Саме тому він і не включений у модель, хоч і важливий для класифікації телекомунікаційної системи.
Рівень 1- Фізичний. Характеризує фізичні аспекти передачі по лінії зв'язку: напруги, частоти, природу передавальної середовища та ін. Цей рівень моделі характеризує протоколи передачі, що забезпечують підтримку зв'язку і прийом-передачу інформаційного потоку. Безпомилковість передачі повідомлень при цьому бажана, але не потрібна.
Рівень 2- канальний. Модель цього рівня визначає формування блоків даних (кадрів (frame) чи інформаційних пакетів) та управління доступом до середовища поширення. При цьому повинна забезпечуватися безпомилкова передача блоків даних через середовище поширення, визначене на першому рівні. Цей рівень моделі повинен визначати початок та кінець кадру у бітовому потоці. На цьому рівні описуються методи формування даних, що передаються фізичним рівнем, кадрів або послідовностей, включення процедур перевірки наявності помилок та їх виправлення. При описі телекомунікаційної системи цьому рівні оперує такими елементами, як бітові послідовності, методи кодування, маркери. Тут повинні бути описані механізми відповідальні за правильну передачу даних (пакетів) на ділянках між безпосередньо пов'язаними елементами мережі. Зважаючи на його складність, канальний рівень поділяється на два підрівні: MAC (Medium Access Control) - Управління доступом до середовища та LLC (Logical Link Control) - Управління логічним зв'язком (каналом). Рівень MAC управляє доступом до системи та керуванням телекомунікаційною мережею. Рівень LLC, що діє над рівнем MAC, визначає методи посилки та отримання інформації.
Рівень 3- Мережевий. На цьому рівні моделі описується маршрутизація в мережі та керування потоками даних. Третій рівень користується можливостями, що надаються йому рівнем 2, для забезпечення зв'язку двох будь-яких точок у мережі. Мережа може мати багато ліній зв'язку, чи безліч спільно працюючих мереж, що вимагає маршрутизації, тобто. визначення шляху, яким слід пересилати дані. Для правильної маршрутизації інформації до пакетів даних додаються мережеві адреси. Стандарти мережного рівня визначають правила завдання адрес та способи роботи системи з обробки адресної інформації. Основною функцією телекомунікаційного устаткування цьому рівні є вибірка інформації з джерела, перетворення їх у пакети і правильна передача у точку призначення. Є два принципово різних способуроботи мережного рівня. Перший – це метод віртуальних каналів. Він у тому, що канал зв'язку встановлюється під час виклику (початку сеансу (session) зв'язку), у ньому передається інформація, і по закінченні передачі канал закривається (знищується). Передача пакетів відбувається із збереженням вихідної послідовності, навіть якщо пакети пересилаються різними фізичними маршрутами, тобто. віртуальний канал динамічно перенаправляється. У цьому пакети даних включають адресу пункту призначення, т.к. він визначається під час встановлення зв'язку.
Другий – метод дейтаграм. Дейтаграми - незалежні, вони включають всю необхідну їх пересилання інформацію. У той час, як перший метод надає наступному рівню (рівню 4) надійний канал передачі даних, вільний від спотворень (помилок) і правильно доставляє пакети до пункту призначення, другий метод вимагає наступного рівня роботи над помилками та перевірки доставки потрібному адресату.
Рівень 4- Транспортний. На цьому рівні моделі регламентується пересилання пакетів повідомлень між процесами, які виконуються на комп'ютерах мережі, забезпечується взаємодія віддалених процесів. Транспортний рівень підтримує безперервну передачу даних між двома взаємодіючими один з одним користувачами процесами. На цьому рівні визначаються правила контролю на наскрізній основі потоку даних, що проходить за маршрутом, визначеним третім рівнем: правильність передачі блоків даних, правильність доставки в потрібний пункт призначення, їх комплектність, збереження, порядок прямування, визначаються алгоритми збору інформації з блоків (пакетів) її колишній вигляд. Транспортний рівень приховує від усіх вищих рівнів будь-які деталі та проблеми передачі даних, забезпечує стандартну взаємодію над ним рівня з прийомом-передачею інформації незалежно від конкретної технічної реалізації цієї передачі.
Рівень 5- Сеансовий. Головне призначення цього рівня моделі – опис правил підтримки діалогу між віддаленими процесами. На цьому рівні координується взаємодія користувачів: налагодження зв'язку, відновлення аварійно закінчених сеансів. На цьому рівні комп'ютерні імена перетворюються на числові адреси, і навпаки. При цьому керування відбувається не технічними параметрами телекомунікаційних пристроїв, а процесами мережі.
Рівень 6- Рівень подання даних (або представницький рівень). Цей рівень має справу з синтаксисом і семантикою інформації, що передається, тобто. тут встановлюється взаєморозуміння двох комп'ютерів, що повідомляються, щодо того, як вони представляють і розуміють після отримання передану інформацію. Тут вирішуються, наприклад, такі завдання, як перекодування текстової інформації та зображень, стиснення та розпакування, підтримка мережевих файлових систем (NFS), абстрактних структур даних тощо.
Рівень 7- Прикладний. Забезпечує інтерфейс між користувачем та мережею, робить доступними для людини всілякі послуги. На цьому рівні реалізується принаймні п'ять прикладних служб: передача файлів, віддалений термінальний доступ, електронна передача повідомлень, служба довідника та керування мережею. На цьому рівні модель визначає способи подання користувачеві переданої та обробленої інформації.
Основна ідея моделі OSI у тому, що у кожному рівні моделі описується лише група взаємозалежних завдань, у результаті складна загальна завдання передачі розчленовується більш прості у аналізі завдання.
Необхідні угоди для зв'язку рівнів називаються протоколами. Загалом протокол передачі даних вимагає наявності інформації, що дозволяє вирішувати такі завдання, як:
1. Синхронізація інформаційних потоків;
2. Ініціалізація;
3. Блокування;
4. Адресація;
5. Виявлення помилок;
6. Нумерація блоків;
7. Управління потоком даних;
8. Методи відновлення;
9. Дозвіл доступу.
Протоколи окремих рівнів вимагають описи лише частини цих завдань, а не всієї їхньої сукупності.
Таким чином, еталонна модель взаємодії відкритих систем – зручний засіб для розпаралелювання розробки стандартів. Вона визначає лише концепцію побудови та взаємодії стандартів між собою і може бути базою для стандартизації у різних сферах передачі, зберігання та обробки інформації.
Обчислювальні мережі, що дозволяють здійснювати цілий спектр телекомунікаційних послуг, орієнтованих на здійснення масових комунікації, становлять найбільший інтерес для фахівців у галузі зв'язків із громадськістю. Виходячи з цього, розглянемо низку базових положень теорії обчислювальних мереж.
Стандарт ISO 7498
Цей стандартмає потрійний заголовок «Інформаційно-обчислювальні системи – Взаємодія відкритих систем – Еталонна модель». Зазвичай його називають коротшим «Еталонна модель взаємодії відкритих систем». Публікація цього стандарту 1983 року підвела підсумок багаторічної роботи багатьох відомих телекомунікаційних компаній та організацій, що стандартизують.
Основною ідеєю, яка покладена основою цього документа, є розбиття процесу інформаційного взаємодії між системами рівні з чітко розмежованими функціями.
Переваги шаруватої організації взаємодії полягають у тому, що така організація забезпечує незалежну розробку рівневих стандартів, модульність розробок апаратури та програмного забезпечення інформаційно-обчислювальних систем і тим самим сприяє технічному прогресу в даній галузі.
Відповідно до ISO 7498 виділяються сім рівнів (шарів) інформаційної взаємодії:
- Рівень програми
- Рівень вистави
- Рівень сесії
- Транспортний рівень
- Мережевий рівень
- Канальний рівень
- Фізичний рівень
Інформаційна взаємодія двох або більше систем, таким чином, є сукупністю інформаційних взаємодій рівневих підсистем, причому кожен шар локальної інформаційної системи взаємодіє тільки з відповідним шаром віддаленої системи.
Протоколомназивається набір алгоритмів (правил) взаємодії об'єктів однойменних рівнів.
Інтерфейсомназивається сукупність правил, відповідно до якими здійснюється взаємодія з об'єктом цього рівня.
Процес поміщення фрагментованих блоку даних одного рівня в блоки даних іншого рівня називають інкапсуляцією.
Ієрархія рівнів, протоколи та стеки
Ієрархічно організований набір протоколів, достатній в організацію взаємодії вузлів у мережі, зветься стеків комунікаційних протоколів.
Комунікаційні протоколи можна виконати як програмно, і апаратно. Протоколи нижніх рівнів найчастіше реалізуються комбінацією програмних засобів і апаратних засобів, а протоколи верхніх рівнів – зазвичай суто програмними засобами.
Програмний модуль, який реалізує певний протокол, найчастіше для стислості також називають протоколом. У цьому випадку співвідношення між протоколом – формально визначеною процедурою та протоколом – програмним модулем, який виконує цю процедуру, аналогічно співвідношенню між алгоритмом розв'язання деякої задачі та програмою, що вирішує це завдання.
Один і той же алгоритм можна запрограмувати з різним ступенем ефективності. Аналогічно і протокол може мати кілька програмних засобів реалізації. Виходячи з цього при порівнянні протоколів необхідно враховувати не лише логіку їхньої роботи, а й якість програмних рішень. Крім того, на ефективність взаємодії пристроїв у мережі впливає якість усієї сукупності протоколів, які складають стек, зокрема, наскільки раціонально розподілені функції між протоколами різних рівнів та наскільки добре визначені інтерфейси між ними.
Протоколи організуються як комп'ютерами, а й іншими мережевими пристроями, наприклад концентраторами, мостами, комутаторами, маршрутизаторами тощо. буд. У загальному випадку зв'язок комп'ютерів у мережі виконується не безпосередньо, а через різні комунікаційні пристрої. Залежно від виду пристрою у ньому необхідні певні вбудовані кошти, які реалізують той чи інший набір протоколів.
Рівні моделі TCP/IP
Інтернет-рівень
Всі ці вимоги зумовили вибір моделі мережі з комутацією пакетів, в основі якої лежав міжмережевий рівень, що не має з'єднань. Цей рівень, який називають інтернет-рівнем або міжмережевим рівнем, є основою всієї архітектури. Його завдання полягає в забезпеченні можливості для кожного хоста надсилати до будь-якої мережі пакети, які незалежно рухатимуться до пункту призначення (наприклад, в іншій мережі). Вони можуть прибувати не так, як були відправлені. Якщо потрібне дотримання порядку відправлення, це завдання виконують верхні рівні. Зверніть увагу, що слово «інтернет» тут використовується у своєму початковому розумінні, незважаючи на те, що цей рівень є у мережі Інтернет.
Тут можна побачити аналогію із поштовою системою. Людина може кинути кілька міжнародних листів до поштової скриньки в одній країні, і якщо пощастить, більша частина з них буде доставлена за правильними адресами в інших країнах. Ймовірно, листи дорогою пройдуть через кілька міжнародних поштових шлюзів, проте це залишиться таємницею для кореспондентів. У кожній країні (тобто в кожній мережі) можуть бути свої марки, свої розміри конвертів і правила доставки, непомітні для користувачів поштової служби.
Міжмережевий рівеньвизначає офіційний формат пакета та протокол, званий IP (Internet Protocol). Завданням міжмережевого протоколу є доставка IP-пакетів до пунктів призначення. Основними аспектами тут є вибір маршруту пакета та недопущення закупорки транспортних артерій. Тому можна стверджувати, що міжмережевий рівень моделі TCP/IP функціонально близький до мережного рівня моделі OSI. Цю відповідність показано на рис.
Транспортний рівень
Рівень, розташований над міжмережевим рівнем моделі TCP/IP, зазвичай називають транспортним. Він створений для того, щоб однорангові сутності на приймальних та передавальних хостах могли підтримувати зв'язок, подібно до транспортного рівня моделі OSI. На цьому рівні мають бути описані два наскрізні протоколи. Перший, TCP (Transmission Control Protocol - протокол управління передачею), є надійним протоколом із встановленням з'єднань, що дозволяє без помилок доставляти байтовий потік з однієї машини на іншу машину об'єднаної мережі. Він розбиває вхідний потік байтів на окремі повідомлення та передає їх міжмережевому рівню. У пункті призначення одержуючий TCP-процес збирає з отриманих повідомлень вихідний потік. Крім того, TCP здійснює керування потоком, щоб швидкий відправник не завалив інформацією повільного одержувача.
Другий протокол цього рівня, UDP (User Data Protocol - протокол користувача даних), є ненадійним протоколом без встановлення з'єднання, що не використовує послідовне управління потоком протоколу TCP, а таким, що надає своє власне. Він також широко використовується в одноразових клієнт-серверних запитах і додатках, в яких оперативність важливіша за акуратність, наприклад, при передачі мови та відео. Взаємини протоколів IP, TCP і UDP показано на рис. 1.18. З часу створення протоколу IP цей протокол було реалізовано у багатьох інших мережах.
Прикладний рівень
У моделі TCP/IP немає сеансового рівня та рівня подання. У цих рівнях просто не було потреби, тому вони не були включені в модель. Досвід роботи з моделлю OSI довів правоту цієї точки зору: більшість додатків їх мало потребують.
Над транспортним рівнем розташовується прикладний рівень. Він містить усі протоколи високого рівня. До старих протоколів відносяться протокол віртуального терміналу (TELNET), протокол перенесення файлів (FTP) та протокол електронної пошти (SMTP), як показано на схемі. Протокол віртуального терміналу дозволяє користувачеві реєструватися на віддаленому серверіта працювати на ньому. Протокол перенесення файлів надає ефективний спосіб переміщення інформації з машини машину. Електронна пошта спочатку була різновидом перенесення файлів, проте пізніше для неї був розроблений спеціальний протокол. З роками було додано багато інших протоколів, таких як DNS (Domain Name Service - служба імен доменів), що дозволяє перетворювати імена хостів на мережеві адреси, NNTP (Network News Transfer Protocol - мережевий протокол передачі новин), HTTP, протокол, який використовується для створення сторінок на World Wide Web, та багато інших.
Хост-мережевий рівень
У стандартній моделі TCP/IP не описується докладно, що знаходиться нижче міжмережевого рівня. Повідомляється лише, що хост з'єднується з мережею за допомогою якогось протоколу, що дозволяє йому надсилати через мережу IP-пакети. Цей протокол ніяк не визначається і може змінюватися від хоста до хоста та від мережі до мережі. У книгах та статтях, присвячених моделі TCP/IP, це питання обговорюється рідко.