Эталонная модель (OSI) ЭМВОС
Эталонная модель состоит из 7 уровней и имеет вид, представленный на рис. 2. Большинство производителей стараются придерживаться модели ЭМВОС, но до сих пор пока нет изделий полностью ей удовлетворяющих.
Большинство производителей применяют 3 или 4 уровня протоколов.
Взаимосвязь уровней друг с другом осуществляются хорошо определенными интерфейсами.
Выбор 7 уровней был продиктован обычными соображениями инженерного компромисса, требующего одновременно создать семейство надёжных протоколов и приемлемой стоимости. При этом требовалось, во-первых, иметь достаточно количество уровней, чтобы каждый из них был не слишком сложный с точки зрения разработки подробных протоколов с правильными и выполнимыми спецификациями, и во-вторых, желательно иметь не много уровней, чтобы их интеграция и описание не стали слишком сложными.
Эталонная модель как раз и представляет многоуровневую архитектуру, которая описывается стандартными протоколами и процедурами.
Три нижних уровня модели предоставляют сетевые услуги. Протоколы, реализующие эти уровни, должны быть предусмотрены в каждом узле сети.
Четыре верхних уровня предоставляют услуги самим оконечным пользователям и таким образом, связаны с ними, а не с сетью.
Рис. 2. Эталонная модель взаимодействия ЭМВОС
Физический уровень
В этой части модели определяются физические, механические и электрические характеристики линий связи, составляющих ЛВС (кабелей, разъемов, оптоволоконных линий и т.п.). Можно считать, что этот уровень отвечает за аппаратное обеспечение. Хотя функции других уровней могут быть реализованы в соответствующих микросхемах, все же они относятся к программному обеспечению (ПО). Функции физического уровня заключаются в гарантии того, что символы, поступающие в физическую среду передачи на одном конце канала, достигнут другого конца. При использовании этой нижестоящей услуги по транспортировке символов задача протокола канала состоит в обеспечении надежной (безошибочной) передаче блоков данных по каналу. Такие блоки часто называют циклами, или кадрами. Процедура обычно требует синхронизации по первому символу в кадре, распознавания конца кадра, обнаружения ошибочных символов, если таковые возникнут, и исправления таких символов каким-либо способом (обычно это делается путем запроса на повторную передачу кадра, в котором обнаружены один или несколько ошибочных символов).
Уровень канала
Уровень канала передачи данных и находящийся под ним физический уровень обеспечивают канал безошибочной передачи между двумя узлами в сети. На этом уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети. Электрическое представление данных в ЛВС (биты данных, методы кодирования данных и маркеры) распознаются на этом и только на этом уровне. Здесь обнаруживаются (распознаются) и исправляются ошибки путем требований повторной передачи данных. Ввиду своей сложности, канальный уровень подразделяется на 2 подуровня МАС и LLC.
Подуровень МАС (Media Access Control) связан с доступом к сети (передача маркера или обнаружение коллизий или столкновений) и ееуправлением. Подуровень LLC находится выше уровня МАС и связан с передачейи приемом использованных сообщений.
Сетевой уровень
Функция сетевого уровня состоит в том, чтобы установить маршрут для передачи данных по сети или при необходимости через несколько сетей от узла передачи до узла назначения. Этот уровень предусматривает также управление потоком или перегрузками с целью предотвращения переполнения сетевых ресурсов (накопителей в узлах и каналов передачи), которое может привести к прекращению работы. При выполнении этих функций на сетевом уровне используется услуга нижестоящего уровня – канала передачи данных, обеспечивающего безошибочное поступление по сетевому маршруту блока данных, введенного в канал на противоположном конце. В сети с коммутацией пакетов блоками данных, передаваемых по сетевому маршруту от одного конца к другому, как говорилось выше, являются пакеты. Блоки или кадры данных, передаваемые по каналу связи через сеть, состоят из пакетов плюс управляющей информации в виде заголовков и окончаний, добавляемых к пакету непосредственно перед его отправлением из узла.
Эта управляющая информация дает возможность принимающему узлу на другом конце канала выполнить требуемую синхронизацию и обнаружение ошибок. В каждом принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, а затем вновь добавляется, когда этот узел в свою очередь передает пакет по каналу в следующий соседний узел. Описанный принцип добавления управляющей информации к данным в архитектуре ВОС расширен и в нём включена возможность добавления управляющей информации на каждом уровне архитектуры (рис. 3). В случае уровня канала может быть добавлено также окончание, но принцип последовательного добавления к пакету данных управляющей информации сохраняется. На каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация, и блок данных передается нижестоящему уровню. На приемном конце соответствующего уровня архитектуры используется только заголовок (управляющая информация). При этом подходе данный уровень не “просматривает” блок данных, который он получает от вышестоящего уровня, следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга.
Указанная особенность приводит к ценному свойству концепции многоуровневой архитектуры – уровни могут удаляться и заменяться новыми. Реализация (программные продукты, воплощающие многоуровневую архитектуру), может быть легко изменена. В результате получается прозрачность для вышестоящего уровня при условии, что сигналы сопряжения, проходящие между уровнями, поддерживаются неизменными (оконечные пользователи могут ощущать изменение характеристик вследствие того, что характеристики передачи, задержеки блокировок могут зависеть от конкретной реализации архитектуры).
Рис. 3. Формирование управляющей информации
Таким образом, пакетная передача через сеть от одного оконечного пользователя к другому в общем случае состоит в передаче фактической (полезной) информации, плюс управляющей информации, добавляемой на различных уровнях и подлежащей удалению, когда пакет поступает по назначению и начинает восстанавливаться на своем пути через эти уровни.
Оконечному пользователю сеть представляется как “прозрачный трубопровод”, основная задача которого, – передать по маршруту блоки данных от источника к получателю, доставив их своевременно в желаемый конец. Тогда задача верхних уровней – фактическая доставка данных в правильном виде и распознаваемой форме. Эти верхние уровни не знают о существовании сети. Они обеспечивают только требующуюся от них услугу.
Транспортный уровень
Нижний из верхних уровней ВОС, транспортный уровень, обеспечивает надежный, последовательный обмен данными между двумя оконечными пользователями. Для этой цели на транспортном уровне используется услуга сетевого уровня. Он управляет также потоком, чтобы гарантировать правильный прием блоков данных. Вследствие различия оконечных устройств, данные в системе могут передаваться с разными скоростями, поэтому, если не действует управление потоками, более медленные системы могут быть переполнены быстродействующими. Когда в процессе обработки находится больше одного пакета, транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонент сообщения. Если приходит дубликат принятого ранее сообщения, то данный уровень опознает это и игнорирует сообщение.
Уровень сеанса
Функции этого уровня состоят в координации связи между двумя прикладными программами, работающих на разных рабочих станциях. Он также предоставляет услуги вышестоящему уровню представления. Это происходит в виде хорошо структурированного диалога. В число этих функций входит создание сеанса, управление передачей и приемом пакетов сообщений в течение сеанса и завершение сеанса. Этот уровень при необходимости также управляет переговорами, чтобы гарантировать правильный обмен данными.
Диалог между пользователем сеансовой услуги (т.е. сторонами уровня представления и вышестоящим уровнем) может состоять из нормального или ускоренного обмена данными. Он может быть дуплексным, т.е. одновременной двусторонней передачей, когда каждая сторона имеет возможность независимо вести передачу, или полудуплексной, т.е. содновременной передачей только в одну сторону. В последнем случаедля передачи управления с одной стороны к другой применяются специальные метки.
Уровень сеанса предоставляет услугу синхронизации для преодоления любых обнаруженных ошибок. При этой услуге метки синхронизации должны вставляться в поток данных пользователями услуги сеанса. Если будет обнаружена ошибка, то сеансовое соединение должно быть возвращено в определённое состояние, пользователи должны вернуться в установленную точку диалогового потока, сбросить часть переданных данных и затем восстановит передачу, начиная с этой точки. Уровень сеанса предусматривает также при желании функцию управления активностью. При осуществлении этой функции диалог может быть разбит на отрезки активности, каждый из которых может быть прерван и продолжен в любой момент, начиная со следующего отрезка активности.
Уровень представления
Наконец, уровень представления управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи. Такая ситуация может возникать в неоднотипных ПК (IBM PC, Macintosh, DEC, Next, Burrogh), которым необходимо обмениваться данными. Назначение – преобразование синтаксических блоков данных.
Прикладной уровень
Протоколы прикладного уровня придают соответствующую семантику или смысл обмениваемой информации. Этот уровень является пограничным между ПП и процессами модели ЭМОС. Сообщение, предназначенное для передачи через компьютерную сеть, попадает в модель ЭМОС в данной точке, проходит через уровень 1 (физический), пересылается на другой PC и проходит от уровня 1 в обратном порядке до достижения ПП на другом PК через ее прикладной уровень. Таким образом, прикладной уровень обеспечивает взаимопонимание двух прикладных программ на разных компьютерах.
Информационно-коммуникационные технологии представляют собой взаимосогласованную совокупность принципов, методов, способов и средств сбора, накопления, хранения, поиска, обработки, обмена, передачи, отображения и выдачи информации. А также инструментальных систем, их информационного и программного обеспечения, организационно–административных положений, регламентирующую и поддерживающую деятельность людей при создании, реализации, распространении, сопровождении и развитии технологий индустрии информации.
Средства информационно-коммуникационных технологий базируются на вычислительных, информационных и коммуникационных ресурсах. К вычислительным ресурсам относятся: персональные компьютеры, рабочие станции, серверы, суперсерверы, суперкомпьютеры, мэйнфреймы, кластеры, параллельные вычислительные системы, вычислительные сети, распределенные вычислительные системы. Среди коммуникационных ресурсов различаются коммуникационные ресурсы групп пользователей, коммуникационные ресурсы локальных сетей, коммуникационные ресурсы корпоративных сетей, коммуникационные ресурсы региональных сетей, коммуникационные ресурсы глобальных сетей. Типовые функциональные спецификации коммуникационных ресурсов реализуются коммутаторами, маршрутизаторами, мостами/маршрутизаторами, мостами и шлюзами.
Информационные ресурсы создаются на основе баз данных, систем управления базами данных, баз знаний, систем управления базами данных, информационно–поисковых систем, мультимедийных информационных систем, географических информационных систем, электронных библиотек, систем виртуальной реальности, Web-серверов, форумов, порталов.
Построение информационных супертрасс предусматривается с целью создания базовой инфраструктуры для глобально–интегрированных, мультимедиа, простых и относительно дешевых сетей связи. Информационные супертрассы являются неотъемлемой частью информационного сообщества.
Основные предпосылки для создания и развития технологического ядра информационных супертрасс связаны с эволюцией информационных технологий. Эволюция представляется в терминах трех важнейших составляющих:
– высокая скорость, обусловленная возрастающими возможностями каналов связи, которая достигается за счет применения новых режимов переноса информации и оптических кабелей;
– интеллектуальность сетей связи, создаваемых посредством интеграции высокоразвитых вычислительных и коммуникационных ресурсов;
– большая вездесущность и мобильность оконечных пользовательских систем, которые достигаются за счет миниатюризации и применения технологий беспроводной связи. Исключительные особенности особого статуса информационно коммуникационных технологий требуют эволюционного развития образовательных технологий.
ЛЕКЦИЯ 3