Модель взаимодействия открытых систем

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

В начале 80-х годов прошлого столетия Международная организация по стандартизации ISO (International Standardization Organization) в сотрудничестве с ITU начала разработку нового стандарта в области технологий для компьютерных сетей, получившего в русском языке название Взаимосвязи Открытых Систем (ВОС), а в английском языке - Open Systems Interconnection(OSI).

В основе стандарта OSI, в результате разработки которого была создана эталонная модель OSI, лежала идея построения общей модели расположенных на разных уровнях протоколов, которые соответствуют основным процессам в компьютерных сетях и определяют взаимодействие между этими уровнями в телекоммуникационных системах различных системах. Стандарт OSI был принят в 1982 году и, по существу, принятие такого стандарта означало создание сетевых стандартов для обеспечения совместимости оборудования разных производителей. Следует отметить, что после принятия стандарта OSI все работы по стандартизации протоколов взял на себя ITU. Эталонная модель OSI определяет процессы в компьютерных сетях через стандартный набор уровней, число которых в документах ISO было выбранным равным семи. Эти семь уровней представлены на рис. 3.2. Они формируют модель, в соответствии с которой разные сетевые функции могут быть реализованы в иерархической форме и логической последовательности.

На верхнем уровне модели расположен уровень приложений. Этот уровень является первым между оборудованием пользователя (например, компьютером) и оборудованием сети, поскольку этот уровень оперирует с содержанием информации, которая должна быть передана от пункта отправления к пункту назначения.

Нижний, физический уровень, где данные генерируются в электрической или оптической форме, наиболее удален от пользователя. Каждый уровень реализует свой набор функций с тем, чтобы представить данные на следующий уровень. При передаче информации терминал реализует процессы сверху вниз, начиная от уровня приложений (формирование содержания сообщения, например, подготовка электронной почты) и заканчивая генерацией «единиц» и «нулей». Приемный терминал реализует процессы снизу вверх, начиная с детектирования «единиц» и «нулей», заканчивая выводом информации на уровне приложений (вывод на экран компьютера, вывод на печать и так далее).

Рис. 3.2. Эталонная модель OSI

Рассмотрим более детально функции разных уровней модели OSI.

Физический уровень (уровень 1) преобразует электрические (оптические) сигналы в стандартную форму с определенными значениями напряжения, частот и длин волн. Для обмена информацией на уровне 1 имеется ряд стандартов ITU-T, используемых для передачи речи и данных: Е1, Т1, SDH, а также относительно новые протоколы, такие, как xDSL и DWDM.

Уровень звена данных (канальный) (уровень 2) поддерживает управление потоками данных, обнаружение и исправление ошибок и мультиплексирование логических каналов. На втором уровне пакеты преобразуются в кадры, размер которых существенно меньше размера пакетов. В то время как пакеты содержат адрес пункта назначения, кадр на уровне 2 включает в свой состав маршрутный адрес соседнего коммутатора, к которому должен быть послан этот кадр. Кадры фланкируются на обоих концах флагами, используемыми как разделители кадров. Структура байтов флагов выбирается таким образом, чтобы она не повторялась в оставшейся части кадра. На уровне 2 используются, в частности, такие протоколы, как Frame Relay, Ethernet, маркерные протоколы (Token bus, Token ring), протоколы ATM (Asynchronous Transfer Mode), MPLS.

Сетевой уровень (уровень 3) связан с функциями маршрутизации (выбор рационального пути) и борьбы с перегрузками (минимизация задержек в очередях коммутаторов). Маршрутизация может быть статической или динамической. Статическая маршрутизация базируется на принципе минимального числа узлов на маршруте (минимальное число скачков), в то время как динамическая маршрутизация выбирает наилучший путь в соответствии с реальными данными о нагрузке в сети. Этот принцип может быть реализован путем анализа маршрутных таблиц, которыми коммутаторы обмениваются друг с другом. Такие таблицы обеспечивают узлы информацией о нагрузке на каждом коммутационном узле, доступности портов коммутатора и возможных перегрузках. Основным протоколом для уровня 3 является ТСР/IP, UDP. Следующие четыре уровня реализуют функции взаимодействия сетей. При рассмотрении этой группы логически целесообразно рассматривать характеристики уровней, начиная с уровня 7 по направлению к уровню 4.

Уровень приложений (уровень 7) оперирует со смысловым содержанием данных, передаваемых или получаемых компьютерным терминалом. Примерами таких «смысловых» приложений являются подключение к Web-сайтам и электронная почта. Использование протокола пересылки гипертекстовых файлов HTTP (Hypertext File Transfer Protocol) и простого протокола пересылки почты SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) обеспечивает возможность передачи сообщений через мировую сеть, независимо оттого, как сконфигурирован компьютер и к каким интерфейсам он подключен. Другие широко используемые приложения уровня 7 включают в свой состав корпоративные сети Интранет, удаленный доступ к базам данных (например, по протоколу Х.500 ITU-T), а также управление сетями, необходимое для системных администраторов.

Уровень представления (уровень 6) определяет формат кода, который используется для кодировки информации, поступающей с уровня 7 (режим передачи), или для детектирования информации, поступающей с уровня 5 (режим приема). Наиболее популярным кодом на уровне 6 является код ASCII (American Standard Code for Information Exchange). На этом же уровне может быть реализована процедура защиты данных. Кроме того, возможна реализация алгоритмов сжатия информации, что особенно важно при передаче изображений и видеоинформации. Наиболее популярными для этих целей являются, соответственно, стандарты JPEG (Joint Photographic Expert Group) и MPEG (Moving Pictures Expert Group).

Уровень сеанса (уровень 5) управляет открытием, поддержкой и закрытием сессий. Понятие сессии наиболее хорошо знакомо пользователям персональных компьютеров, поскольку оно связано со всем тем, что может произойти между вызовом и закрытием определенной программы. Примером сессии является подключение к сети Интернет, во время которого могут быть удовлетворены запросы всех видов (Web-поиск, загрузка файлов, отправка почтовой корреспонденции).

Транспортный уровень (уровень 4) обеспечивает коррекцию ошибок и управление потоками, в целом отвечая за качество передачи. Уровень 4 поддерживает также возможности выбора между разными сетевыми конфигурациями (LAN, MAN, WAN), используя сетевую адресацию. Транспортный уровень принимает от уровня 5 запросы обслуживания нескольких одновременных сессий или поддерживает одиночную сессию, обрабатываемую одновременно сетями разных типов.

Рис. 3.3. Этапы эволюции концептуальной модели построения ТКС.

ТФОП – Телекоммуникационная сеть общего пользования, СПС – сети подвижной связи, СДЭ – сеть документальной электросвязи, СПД – сеть передачи данных. FGN – Future Generalization Network, SDN – Software Defined Network

Масштабируемая модель ТКС

Для решения других частных задач используют и другие феноменологические модели, которые обычно сопоставляют с эталонной 7-и уровневой моделью. Так, часто используют упрощенную МСЭ модель телекоммуникационной системы, которая содержит 4-е уровня: Сеть в помещении пользователя, сеть доступа, базовая сеть, средства поддержки услуг (Рис. 3.4).

Рис. 3.4. Модель ТКС, предложенная МСЭ, а – сеть в помещении пользователя, б - сеть доступа, в – базовая (транспортная) сеть, г - средства поддержки услуг.

Очевидно, данная модель (Рис.3.4) и модель ВОС (Рис.3.2) имеют разную направленность приложений. Если модель ВОС отображает взаимодействие в структурах ТКС, то данная модель отображает масштабность отдельных подсетей.

Модель ISDN

Данная модель была предложена Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии (МККТТ), в настоящее время ITV-T.

Идея ISDN-сети базируется на двух специфических типах интерфейсов: интерфейс базового доступа BR1 (Basic Rate Interface), регламентирующий состояние узла коммутации с абонентом, и интерфейс первичного доступа PRI (Primary Rate Interface), обеспечивающий включение учрежденческих и кооперативных сетей в ТФОП.

Идея базового доступа 2B+D, предполагающая один В-канал (64 кбит/с) использовать для речи, а второй В-канал (или оба) – для передачи данных, служебный канал (16 кбит/с). Такой принцип доступа на практике оказался не рациональным, поскольку для передачи данных такой ресурс оказался слишком мал, а для речи – избыточен. Однако как переходный этап в развитии телекоммуникаций данная модель позволила получить необходимый опыт для последующих моделей.

Модель В-ISDN

Стандарт эволюционировал ISDN→ N-ISDN→ B-ISDN

B-ISDN обеспечивает представление широкого спектра услуг связи, обмен речевой, видео информацией и данными. B-ISDN поддерживает коммутируемые и некоммутируемые соединения, обеспечивающие как канальный, так и пакетный режим переноса информации.

Эталонная модель протоколов B-ISDN представлена на рис.3.5. Модель представляет собой некую объемную «упаковку» из объектов, называемых плоскостями: пользователя, управления и менеджмента (административного управления).

Плоскость пользователя (User Plane) имеет уровневую структуру и обеспечивает транспортировку пользовательской информации с защитой от ошибок, контролем и управлением потоком, ограничением нагрузки.

Плоскость управления (Control Plane) также имеет уровневую структуру и определяет протоколы сигнализации, установления, разъединения и контроля соединений.

Рис.3.5. Эталонная конфигурация симметричного доступа к ресурсам B-ISDN:

B-TE1 – широкополосное оконечное устройство со стандартным стыком;

B-TE2 – широкополосное оконечное устройство с нестандартным стыком;

ТЕ-2 – узкополосное оконечное устройство с нестандартным стыком;

В-ТА – широкополосный терминальный адаптер; B-NT1, B-NT2 – широкополосные устройства сетевого окончания; R, , - эталонные точки; NNI (Network to Network Interface) – интерфейс «сеть-сеть».

Модель TCP/IP

Иной популярной моделью ТК-систем, позволяющую объединить различные типы сетей в общую IP-сеть Internet, все пользователи которой имеют доступ к набору базовых служб, является модель TCP/IP. Стек протоколов TCP/IP может использоваться как в локальных, так и региональных сетях. Модель TCP/IP является упрощением 7-и уровневой модели. В ней не определены уровни сеанса и представления. На рис. 3.6 представлены примеры сопоставления OSI и TCP/IP.

Рис. 3.6. Сопоставление моделей OSI и TCP/IP

Как следует из рис. 3.6 модель TCP/IP строго следует модели OSI.

Особым свойством модели TCP/IP является функция транспортного уровня. В TCP/IP встроен специальный механизм, гарантирующий пересылку данных без ошибок и пропусков в той последовательности, в которой они отправлены. UDP обеспечивает передачу данных реального времени без создания соединений используется при передаче речи и IPTV.

⇐ Предыдущая 1 2 34