Управление процессом передачи и обработки данных требует формализации и стандартизации таких процедур как
- выделение и освобождение ресурсов ЭВМ и системы телекоммуникаций;
- установление и разъединение соединений;
- маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;
- контроль правильности передачи;
- исправление ошибок.
Эти задачи решаются с помощью системы протоколов, которые регламентируют процедуры взаимодействия элементов сети.
Протокол — это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специальные программы, реже аппаратные средства.
Международной организацией по стандартизации разработана система стандартных протоколов, получившая название модели открытой системы взаимодействия (Open System Interconnection – OSI), часто также называемая эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.
Открытая система – это система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.
Эта система протоколов базируется на разделении всех процедур взаимодействия на отдельные мелкие функциональные уровни, для каждого из которых легче создать алгоритмы их построения.
Модель OSI представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, а также является базой для производителей совместимого сетевого оборудования.
Модель регламентирует общие функции, а не специальные решения. Поэтому сети имеют достаточно пространства для маневра. Для упорядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней:
- прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; он является интерфейсом между программами пользователя и сетью. На этом уровне функционируют технологии, являющиеся как бы надстройкой над инфраструктурой собственно передачи данных – электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам сети, работы в среде всемирной информационной сети и др.
- уровень представления устанавливает стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. На практике многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому протоколы уровня представления не получили развития и во многих сетях практически не используются;
- сеансовый уровень обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними;
- транспортный уровень обеспечивает управление сквозной передачей данных от источника к потребителю, обмен управляющей информацией, установление между абонентами логического канала, обеспечение качества передачи данных;
- сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня;
- канальный уровень обеспечивает установление, поддержание и разъединение каналов, обеспечивает прозрачность (кодонезависимость) физических соединений, контроль и исправление ошибок;
- физический уровень формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединение объектов сети с этой средой.
Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порции данных (рисунок 25).
Существует несколько стандартных наборов (стеков) протоколов, получивших в настоящее время наиболее широкое распространение (табл. 7).
Нижестоящие уровни обеспечивают возможность функционирования вышестоящим. При этом каждый уровень имеет интерфейс только с соседними уровнями.
Указанные уровни управления можно по разным признакам объединить в группы:
- Нижние уровни 1, 2 и частично 3 реализуются в большей части за счет аппаратных средств; верхние уровни 4-7 и частично 3 обеспечиваются программными средствами.
- Уровни 1, 2 обслуживают абонентскую подсеть; уровни 3, 4 – коммуникационную подсеть; уровни 5, 6, 7 – прикладные процессы, выполняемые в сети.
- Уровни 1 и 2 ответственны за физические соединения; уровни 3-6 заняты организацией передачи/приема и преобразованием информации в понятную для абонентской аппаратуры форму; уровень 7 обеспечивает выполнение прикладных программ пользователя.
Таблица 7 — Соответствие основных стеков протоколов модели открытой системы взаимодействия
