Уровни OSI

Задачей всех семи уровней является обеспечение надежного взаимодействия прикладных процессов. При этом под прикладными процессами понимают процес­сы ввода, хранения, обработки и выдачи информации для нужд пользователя. Протоколы каждого уровня выполняют свою задачу, однако уровни подстраховывают и проверяют работу друг друга. Распределение уровней OSI показано на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Распределение уровней OSI.

Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за при­делами модели OSI. Прикладной (пользовательский) уровень яв­ляется основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называ­ется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы систе­мы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процес­сами, размещенными в других открытых системах. Прикладной уровень определяет смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы в процессе совместного решения некоторой заранее известной задачи. Он идентифи­цирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизи­рует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает согла­шение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличие достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Обмен управляющей информацией с использованием протокола управления (Management Protocol) происходит между субъектами приложений управления системами (System Management Application Entities, SMAE). Субъекты SMAE расположены на прикладном уровне семиуровневой модели OSI и являются элементами службы управления. Под субъектом в модели OSI понимается активный в данный момент элемент протокола какого-либо уровня, участвующий во взаимодействии. Примерами SMAE являются агенты и менеджеры систем управления.

Прикладной уровень стека OSI включает несколько вспомогательных служб общего назначения, которые используются прикладными протоколами и пользовательскими приложениями (в том числе и приложениями управления) для автоматизации наиболее часто выполняемых действий. Это не законченные протоколы прикладного уровня, подобные протоколам ftp, telnet или NCP, с помощью которых пользователь сети может выполнить какое-то полезное действие, а вспомогательные системные функции, которые помогают разработчику прикладного протокола или приложения написать его программу компактно и эффективно. На прикладном уровне стека OSI существуют следующие вспомогательные службы:

- ACSE (Association Control Service Element). Отвечает за установление соединений между приложениями различных систем. Соединение (сессия, сеанс) на прикладном уровне OSI носит название ассоциации. Ассоциации бывают индивидуальными и групповыми.

- RTSE (Reliable Transfer Service Element). Занимается поддержкой восстановления диалога, вызванного разрывом нижележащих коммуникационных служб, в рамках ассоциации.

- ROSE (Remote Operations Service Element). Организует выполнение программных функций на удаленных машинах (аналог службы вызова удаленных процедур RPC).[8]

Представительный уровень отвечает зато, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаема для прикладного уровня дру­гой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансля­цию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. То есть он определяет в основном процедуру представления передаваемой информации в нужную сетевую форму.

В основу представительного уровня положена единая для всех уровней модели OSI система отображений для описания абстрактного синтаксиса –ASN.1.

Представительный уровень занят не только форматом и представлением фак­тических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому, кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

Сеансовый уровень как указывает его название, устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления (сеансовый уровень обес­печивает своими услугами представительный уровень). Сеансовый уровень синхро­низирует диалог между объектами представительного уровня и управляет режимом передачи. Под режимом передачи понимают взаимодействие прикладных процессов: полудуплекс (процессы будут передавать и принимать по очереди) или дуплекс (процессы будут передавать и принимать данные одновременно).

Точки синхронизации внутри диалога обеспечивают проверку наличия фактического обмена.

На сеансовый уровень возложена задача восстановления сеанса в случае его нарушения.

Сеансовый уровень обрабатывает не все запросы на обслуживание. Он может выдать отказ в соединении, если определит, что соединение приведет к перегрузке сети или затребованный прикладной процесс отсутствует.

В дополнении к основной регуляции диалогов он пред­ставляет средства для отправки информация, о классах услуг и (в исключительных ситуациях) уведомления о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.

Транспортный уровень предоставляет и определяет уровень качества услуг, которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня. В частности, за­ботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение на­дежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержа­ния и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнару­жения и устранение неисправностей, транспортировки и управления информацион­ным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представ­лена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортиров­ки данных.

Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они " знают " лишь удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный же уровень должен " знать ", как работает сеть, какие размеры блоков данных она принимает, и т.п.

На транспортном уровне предусмотрено три типа сетевых услуг:

- услуги типа А – предоставление сетевого соединения с приемлемым для пользователя количеством необнаруженных ошибок и приемлемой частотой сообщений об обнаружении ошибок;

- услуги типа В отличаются приемлемым количеством необнаруженных ошибок, но неприемлемой частотой сообщений об обнаруженных ошибках;

- услуги типа С представляют собой сетевые соединения с количеством необнаруженных ошибок, неприемлемом для сеансового уровня.

Тип услуг С предполагает наличие в системе протоколов, которые могут обнаруживать и устранять ошибки. Эти протоколы являются дополнительными и не обязательно стандартными, т.е. предусмотренными моделью OSI.

Возможно обеспечение пяти классов сервиса:

- класс 0 – представляет собой вид услуг самого низкого качества;

- класс 1 – обеспечивает передачу срочных данных и разработан МСЭ-Т для сетей на основе протокола Х.25;

- класс 2 – предусматривает возможность мультиплексирования множества транспортных соединений из одного сетевого соединения;

- класс 3 – обеспечивает в случае обнаружения ошибок возможность ресинхронизации для переустановления соединения;

- класс 4 – предполагает обнаружение и устранение ошибок.[14]

Сетевой уровень - обеспечивает соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, которые могут находиться в разных географи­ческих пунктах.

Основной задачей сетевого уровня является маршрутизация сообщений, кро­ме этого он обеспечивает управление информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а также учитывает предоставленные услуги.

Так как две конечные системы может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. С помощью таблиц маршрутизации выбираются оптималь­ные маршруты продвижения того или иного пакета через последовательность соединенных между собой подсетей.

Транспортный и сетевой уровни дублируют друг друга в части управления потоком данных и контроля ошибок. Это обусловлено тем, что могут быть реализованы два варианта связи: с установлением соединения и без установления соединения.

В сети с установлением соединения сетевой уровень обеспечивает контроль ошибок, управление потоком данных и сборку пакетов.

В сети без установления соединения контроль ошибок и управление потоком данных осуществляется на транспортном уровне.

Канальный уровень (уровень управления каналом) представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установления соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физиче­ского соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок, ведет статистические записи.

Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем или уровнем звена передачи данных) обеспечивает формирование кадров данных и согласование различных каналов передачи. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает во­просы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адре­сации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной дос­тавки блоков данных и управления потоком информации.

Физический уровень определяет электротехнические, механические, проце­дурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными станциями. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединения и другие аналогичные характери­стики.

Здесь определяются правила передачи каждого бита через физический канал. Канал может быть параллельным (например, параллельный порт типа Centronix) и передавать несколько бит сразу или передавать биты последовательно, как это про­исходит в последовательном порте RS232.