5.2.3. Модель osi

Модель OSI определяет, во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.

1. Физический уровень (physical layer) имеет дело с передачей потока битов по физическим каналам связи, таким как коаксиальный кабель, витая пара, оптово­локонный кабель или цифровой территориальный канал.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация RS-232 и RS-485.

Физический уровень не вникает в смысл информации, которую он передает. Для него эта информация представляет однородный поток битов, которые нужно доставить без искажений и в соответствии с заданной тактовой частотой (интер­валом между соседними битами).

2. Канальный уровень формирует основную единицу передаваемых данных – пакет и отвечает за дисциплину доступа устройства к каналу связи (Medium Access Control) и установление логического соединения (Logical Link Control).

Канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра между любыми узлами сети. При этом предполагается, что сеть имеет типо­вую топологию, например общую шину, кольцо, звезду. В более сложных топологиях канальный уровень должен обеспечивать доставку кадра только между двумя соседними узлами, соединенными индивидуальной лини­ей связи.

Одной из функций канального уровня является поддержание интерфейсов с ни­жележащим физическим уровнем и вышележащим сетевым уровнем. Сетевой уро­вень направляет канальному уровню пакет для передачи в сеть или принимает от него пакет, полученный из сети. Физический уровень используется каналь­ным уровнем как инструмент, который принимает и передает в сеть последовательности битов.

Сете­вой уровень отправителя передает канальному уровню пакет, а также указание, какому узлу его передать. Для решения этой задачи канальный уровень создает кадр, который имеет поле данных и заголовок. Канальный уровень помещает (инкапсулирует) пакет в поле данных кадра и заполняет соответствующей слу­жебной информацией заголовок кадра. Важнейшей информацией заголовка кад­ра является адрес назначения, на основании которого коммутаторы сети будут продвигать пакет.

Одной из задач канального уровня является обнаружение и коррекция ошибок. Для этого канальный уровень фиксирует границы кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец, а затем добавляет к кадру кон­трольную сумму, которая называется также контрольной последовательностью кадра (Frame Check Sequence - FCS). Контрольная сумма вычисляется по неко­торому алгоритму как функция от всех байтов кадра. По значению FCS узел на­значения сможет определить, были или нет искажены данные кадра в процессе передачи по сети.

Однако прежде, чем переправить кадр физическому уровню для непосредствен­ной передачи данных в сеть, канальному уровню может потребоваться решить еще одну важную задачу. Если в сети используется разделяемая среда, то прежде чем физический уровень начнет передавать данные, канальный уровень должен проверить доступность среды. Функции проверки доступности разделяемой среды иногда выделяют в отдельный подуровень управления доступом к среде (Media Access Control - MAC).

Если разделяемая среда освободилась (когда она не используется, то такая про­верка, конечно, пропускается), кадр передается средствами физического уровня в сеть, проходит по каналу связи и поступает в виде последовательности битов в распоряжение физического уровня узла назначения. Этот уровень о свою оче­редь передает полученные биты «наверх» канальному уровню своего узла. По­следний группирует биты в кадры, снова вычисляет контрольную сумму полу­ченных данных и сравнивает результат с контрольной суммой, переданной в кадре. Если они совпадают, кадр считается правильным. Если же контрольные суммы не совпадают, фиксируется ошибка. В функции канального уровня входит не только обнаружение ошибок, но и исправление их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Однако эта функция не является обязательной и в неко­торых реализациях канального уровня она отсутствует, например в Ethernet, Token Ring, FDDI и Frame Relay.

3. Сетевой уровень (network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку пакета по оптимальному маршруту.

4. Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному, представления и сеансовому — передачу дан­ных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, воз­можностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплекси­рования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное — способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Транспортный уровень разбирается с содержимым пакетов, формирует ответы на запросы или организует запросы, необходимые для уровня сессий.

5. Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает управление взаимодействием сто­рон: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, и пре­доставляет средства синхронизации сеанса. Эти средства позволяют в ходе длин­ных передач сохранять информацию о состоянии этих передач и виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контроль­ной точке, а не начинать все с начала. На практике немногие приложения ис­пользуют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоко­лов. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

6. Уровень представления (presentation layer), как явствует из его названия, обес­печивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Уровень представления занимается преобразованием форматов данных, если это необходимо.

7. Прикладной уровень (application layer) - это в действительности просто набор разнообразных функций с определенными интерфейсами, доступными программе пользователя.

На практике большинство промышленных сетей ограничивается только тремя из них, а именно физическим, канальным и прикладным. Наиболее «продвинутые» сети решают основную часть задач аппаратно, оставляя программную прослойку только на седьмом уровне. Дешевые сети (например ModBus) зачастую используют на физическом уровне RS-232 или RS-485, а все остальные задачи, начиная с канального уровня, решают программным путем.