Модель взаимодействия открытых систем OSI.

В начале 80-х прошлого столетия была разработана базовая модель OSI (Open system interconnection – взаимодействие открытых систем) предложенная Международной организацией по стандартизации (ISO – International Standards Organization). В модели OSI реализована более подробная, семиуровневая модель взаимодействия компьютеров в сети, отвечающая выше описанным принципам протоколов и интерфейсов.

Укажем основные функции каждого уровня модели OSI, начиная с самого нижнего.

1.Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов информации по физическим каналам связи. Такими каналами могут быть, например, коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель. На этом уровне стандартизируются характеристики электрических сигналов, уровни напряжения и тока, тип кодировки информации, скорость передачи сигналов, а также типы разъемов и назначение каждого контакта.

2.Канальный уровень (Data Link layer) обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемых кадрами. Основной задачей канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. При выполнении этой задачи канальный уровень осуществляет физическую адресацию передаваемых сообщений, контролирует соблюдение правил использования физического канала, выявляет неисправности, управляет потоками информацию. Следует отметить, что протоколы канального уровня зависят от структуры связей между компьютерами и способов их адресации. а. Примерами протоколов канального уровня для локальных сетей являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных – PPP.

Для реализации протоколов канального уровня используется специальное оборудование: коммутаторы. Раньше использовались концентраторы и мосты, которые в настоящее время сняты с производства.

3.Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут быть различной топологии, использовать совершенно различные принципы сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой. С этого уровня собственно и начинается отличие сетей от сетей передачи данных. Как было указано выше, сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет, называется маршрутом, а выбор маршрута называется маршрутизацией. Маршрутизация является главной задачей сетевого уровня. Примером протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/ IP.

4.Транспортный уровень (Transport layer) предназначен для оптимизации передачи данных от отправителя к получателю с той степенью надежности, которая требуется. Основная задача транспортного уровня- это обнаружение и исправление ошибок в сообщениях, пришедших с описанных выше уровней. Начиная с транспортного уровня, все дальнейшие протоколы реализуются программным обеспечением компьютера, включаемого обычно в состав сетевой операционной системы. Примером транспортных протоколов являются протоколы TCP стека TCP/ IP.

5.Сеансовый уровень (Session layer) управляет диалогом между двумя компьютерами. На этом уровне устанавливаются правила начала и завершения взаимодействия. На сеансовом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, а какая принимает данные. Приложение должно различать разные потоки данных в пределах одного соединения. Например, приложение может одновременно запрашивать два файла с одного сервера, при этом, благодаря сеансовому уровню, оно будет различать эти два потоки.

6.Представительный уровень (Presentation layer) выполняет преобразование данных между устройствами с различными форматами данных, не меняя при этом содержания. Благодаря этому уровню информация, передаваемая прикладным уровнем одного компьютера всегда понятна прикладному уровню другого компьютера. На этом уровне, как правило, происходит шифрование и дешифрование данных, благодаря которому обеспечивается секретность предаваемого сообщения.

7.Прикладной уровень (Application layer) является пользовательским интерфейсом для работы с сетью. Этот уровень непосредственно взаимодействует с пользовательскими прикладными программами, предоставляя им доступ в сеть. С помощью протоколов этого уровня пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры, гипертекстовые Web – страницы, электронная почта и т.д.

Необходимо отметить, что три нижних уровня модели OSI – физический, канальный и сетевой- зависят от сети, т.е. их протоколы тесно связаны с технической реализацией сети и с используемым коммутационным оборудованием. Три верхних уровня- сеансовый, представления и прикладной – ориентированы на программное обеспечение и мало зависят от особенностей построения сети (топологии, оборудования и т.д.). Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает детали функционирования нижних уровней от верхних уровней. Благодаря этому уровню можно разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств транспортировки сообщений.

Модель OSI является так называемой открытой системой, т.е. она имеет опубликованные, общедоступные спецификации и стандарты, принятые в результате достижения согласия многих разработчиков и пользователей после всестороннего обсуждения. Эта модель доступна всем разработчикам и для ее использования не требуется получения специальных лицензий. Если две сети построены с соблюдением правил открытости то у них есть возможность использования аппаратных и программных средств разных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта, такие сети легко сопрягаются друг с другом, просты в освоении и обслуживании.

Ярким примером открытой системы является глобальная компьютерная сеть Интернет. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке стандартов Интернет принимали и принимают участие тысячи специалистов и пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм- производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения из разных стран. В результате сеть Интернет сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

Средства телекоммуникации.

Среда передачи данных сети

Для обеспечения передачи данных по сети необходимо наличие линий связи, или как их еще называют в сетевых технологиях среды передачи данных. Среды передачи данных делятся на два больших класса: проводные и беспроводные.

Проводные линии связи

В проводных линиях связи используются коаксиальный кабель, витая пара и оптоволоконный кабель.

Коаксиальные кабели представляют собой центральный проводник и проволочный или фольговый экран в изолирующей оболочке. Они могут передавать данные со скоростью до10 Мбит/с на максимальное расстояние от 185 до 500 метров. Такая скорость передачи не позволяет использовать их для построения локальных сетей (где скорости 100 Мбит/с и выше) и сейчас коаксиальные кабели используются в основном для подключения локальных сетей к глобальным, в том числе и к сети Интернет. Они разделяются на толстые и тонкиев зависимости от толщины.

Витой паройназывается кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов.

Существует несколько категорий кабеля типа витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон, от которого зависит скорость передачи данных. Чем больше пропускаемый частотный диапазон, тем выше скорость передачи данных. Современные витые пары CAT 7 имеют скорость передачи данных до 1 Гбит/с.

Оптоволоконный кабель обеспечивает высокую скорость передачи данных на большом расстоянии. Он также невосприимчив к интерференции и подслушиванию. В оптоволоконном кабеле для передачи сигналов используется свет лазерного луча. Волокно, применяемое в качестве световода, позволяет передачу сигналов на большие расстояния с огромной скоростью, но оно дорого, и с ним трудно работать.

Оптоволоконные линии очень чувствительны к плохим соединениям в разъемах. В качестве источника света в таких кабелях применяются светодиоды (LED - Light Emitting Diode), а информация кодируется путем изменения интенсивности света. На приемном конце кабеля детектор преобразует световые импульсы в электрические сигналы.

Существуют два типа оптоволоконных кабелей – одномодовые и многомодовые.

В одномодовых кабелях луч лазера идет по центру кабеля, в многомодовых продвигается вперед, отражаясь от внутренних стенок кабеля. Одномодовые кабели имеют меньший диаметр, большую стоимость и позволяют передачу информации на большие расстояния. Поскольку световые импульсы могут двигаться в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента. Оптоволоконный кабель требует специальных коннекторов и высококвалифицированной установки.

В настоящее время широкое распространение получает технология PON (Passive optical network), где с помощью оптоволоконных кабелей подключаются частные и корпоративные пользователи (офисы, загородные дома и т.д.).

Для передачи данных по оптоволокну используется новая технология DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing),которое позволяет одновременно передавать по одному оптическому волокну до 160 независимых информационных каналов на различных оптических несущих длинах волн. Указанная технология использует современные очень стабильные лазеры, которые предают информацию в оптоволокне в 2-х окнах прозрачности с длинами волн: ”C” (1525…1565нм) и ”L” (1570…1610нм).

Беспроводные технологии.

Методы беспроводной технологии передачи данных (Radio Waves) являются одним из перспективных направлений развития сетевых технологий. Беспроводные технологии различаются по типам сигнала, частоте (большая частота означает большую скорость передачи) и расстоянию передачи. Большое значение имеют помехи и стоимость. Можно выделить три основных типа беспроводной технологии:

o радиосвязь;

o связь в микроволновом диапазоне;

o инфракрасная связь.

Радиосвязь. Технологии радиосвязи пересылают данные на радиочастотах и практически не имеют ограничений по дальности. Она используется для соединения локальных сетей на больших географических расстояниях. Радиопередача в целом имеет высокую стоимость и чувствительна к электронному и атмосферному наложению, а также подвержена перехватам, поэтому требует шифрования для обеспечения уровня безопасности. Линии связи с помощью радио осуществляются с помощью антенн. Используются всенаправленные и узконаправленные антенны (последние для соединений «точка-точка».

Связь в микроволновом диапазоне.Передача данных в микроволновом диапазоне (Microwaves) использует высокие частоты (от 1Ггц и выше) и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях. Главное ограничение заключается в том, чтобы передатчик и приемник были в зоне прямой видимости. Используется в местах, где использование физического носителя затруднено. Передача данных в микроволновом диапазоне при использовании спутников может быть очень дорогой.

Инфракрасная связь.Инфракрасные технологии (Infrared transmission), функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды (LED – Light Emitting Diode) для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости и может быть использована в офисных зданиях.

Среды передачи данных характеризуются полосой пропускания- максимальным количество данных в единицу времени, передаваемых по данному каналу передачи информации без искажений. На рисунке 6 показаны полосы пропускания сред передачи данных различных типов, а также наиболее часто используемые в технике связи частотные диапазоны.

Рис. 6. Полосы пропускания среды передачи данных.