Передача и обработка данных в разветвленной сети является сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, требующим формализации и стандартизации следующих процедур:
· управление и контроль ресурсов компьютеров и системы телекоммуникаций;
· установление и разъединение соединений;
· контроль соединений;
· маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;
· контроль правильности передачи;
· исправление ошибок и т. д.
Необходимо применение стандартизированных протоколов и для обеспечения понимания сетями друг друга при их взаимодействии. Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.
Протокол представляет собой набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, регламентирующий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Выполнением протокольных процедур управляют специальные программы, реже аппаратные средства.
Международной организацией по стандартизации (ISO ─ International Organization for Standardization) разработана система стандартных протоколов ─ модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection ─ OSI), которую также называют эталонной семиуровневой моделью открытых систем.
Открытая система ─ система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с разработанными стандартами. Модель OSI содержит общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов и служит основой для разработчиков совместимого сетевого оборудования. Эти рекомендации должны быть реализованы как в технических, так и в программных средствах вычислительных сетей. Для обеспечения упорядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть включает семь функциональных уровней (см. табл. 4).
Таблица 4. Уровни управления модели OSI
|
Уровень OSI |
Назначение |
|
7. Прикладной |
Предоставляет прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; реализует интерфейс между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем |
|
6. Представления |
Предоставляет стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами |
|
5. Сеансовый |
Предоставляет средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними |
|
4. Транспортный |
Обеспечивает надежную, экономичную и "прозрачную" передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня |
|
3. Сетевой |
Регламентирует маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня |
|
2. Канальный |
Отвечает за непосредственную связь объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня |
|
1. Физический |
Формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой |
Прикладной уровень регламентирует процесс управления терминалами сети и прикладными процессами, которые являются источниками и потребителями информации, передаваемой в сети. Отвечает за запуск программ пользователя, их выполнение, ввод-вывод данных, управление терминалами, административное управление сетью. На данном уровне применяются технологии, являющиеся надстройкой над инфраструктурой передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в Интернете.
Уровень представления интерпретирует и преобразовывает данные, передаваемые в сети, в вид, удобный для прикладных процессов.
Согласует форматы представления данных, синтаксис, трансляцию и интерпретацию программ с разных языков. Многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому предоставляемые им протоколы не получили развития и во многих сетях практически не используются.
Сеансовый уровень ─ обеспечение организации и проведения сеансов связи между прикладными процессами, такими как инициализация и поддержание сеанса между абонентами сети, управление очередностью и режимами передачи данных. Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядоченного обмена данными реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.
Транспортный уровень ─ отвечает за управление сегментированием данных (сегмент ─ блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю. На данном уровне оптимизируется использование услуг, предоставляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня (сегментирующие и дейтаграммные) развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Сегментирующие протоколы разбивают исходное сообщение на блоки данных ─ сегменты. Основной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение и отправляют его одним куском, который называется "дейтаграмма".
Сетевой уровень. Назначением данного уровня является управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация каналов, сообщений, пакетов и мультиплексирование). На данном уровне реализуется главная телекоммуникационная функция сетей, заключающаяся в обеспечении связи ее пользователей. Каждый пользователь сети, обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне передаваемые данные разбиваются на пакеты. Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес.
Канальный уровень. Формирование и управление физическим каналом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспечение прозрачности физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи.
Физический уровень отвечает за установление, поддержание и расторжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов ─ временные, электрические ─ и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных.