4.3 Перетворення та обмін даними

Незважаючи на те, що періодично ми використовуємо терміни дані й інформація як синоніми, насправді, це не вірно. Комп'ютерні дані – це серія електричних сигналів, сформованих у визначену послідовність, яка представляє ту чи іншу інформацію (у закодованому вигляді).

Таким чином, під терміном дані мається на увазі форма представлення інформації (електричні сигнали), а не сама інформація.

І навпаки, терміном інформація можна визначити розкодовані дані.

Іншими словами, інформація – це те, що використовується людьми у реальному світі.

Наприклад, дані, що зберігаються у файлі у електронному вигляді на комп'ютері, можуть бути перетворені в інформацію, корисну користувачу (її можна зобразити у вигляді слів чи малюнків на екрані монітора і роздрукувати на принтері).

Перетворення даних (кодування і декодування інформації)

Для перетворення інформації в дані і назад комп'ютер застосовує схеми перетворення (кодування/декодування): уся що зберігається й обробляється інформація представляється різними послідовностями електричних сигналів. У такому ж вигляді представляється. На сьогодні у світі існує багато різних схем перетворення даних. Найчастіше використовується Американський Стандарт Кодування для Обміну Інформацією (American Standard Code for Information Interchange, ASCII).

Для перетворення інформації в дані і пізніше для виконання перетворення даних назад в інформацію, люди використовують електронні пристрої, такі як комп'ютери, здатні обробляти електричні сигнали. Сигнали – це просто спосіб електричного чи електромагнітного представлення даних. Різноманітні компоненти комп'ютера дозволяють генерувати сигнали для виконання кодування і декодування даних.

Для забезпечення надійного передання даних через мережу мають існувати строгі правила, що описують методи відправлення й одержання даних.

Модель osi

Модель OSI була розроблена Міжнародною Організацією із Стандартизації (International Organization for Standartization, ISO) як керівництво для розробки стандартів, що дозволяють здійснювати обмін даними із використанням різнорідних комп'ютерних пристроїв. Дуже важливо зрозуміти, що сама по собі модель OSI не є стандартом. Іншими словами, ця модель не описує правила пересилання даних мережею, вона лише є керівництвом для розробки таких стандартів.

4.4 Стандарти протоколів

Оскільки одним стандартом дуже складно визначити правила обміну даними між пристроями у мережі, ISO розділила задачу стандартизації на сім підзадач. Таким чином, модель OSI представляється у вигляді семи рівнів, кожний із яких відповідає за рішення однієї із цих семи задач.

7 – рівень додатків (Application)

Рівень додатків надає додаткам користувача можливість ефективно здійснювати керування процесом обміну інформацією. Наприклад, додатки не мають здійснювати цифрацію і перетворення даних, вони мають лише сформувати запит, наприклад, на читання файлу чи друкування документа на мережному принтері. Прикладом протоколу рівня додатків є протокол передання файлів FTP (File Transfer Protocol). Чи ще один популярний протокол – HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), використовуваний нині будь-яким користувачем Інтернет для доступу на Web-сервери.

6 – рівень представлення (Presentation)

Рівень представлення надає базові можливості для перетворення даних у формати, що розпізнаються різними додатками. Як приклади сервисів цього рівня можна назвати функції шифрування і стискування даних.

5 – сеансовий рівень (Session)

Сеансовий рівень відповідає за організацію, керування і завершення сеансів передання даних між додатками. Задачею сеансового рівня є організація діалогу для обміну даними між шостими рівнями (представлення) передавального і приймаючого комп'ютерів. Сеансовий рівень забезпечує синхронізацію діалогу між комп'ютерами і керує процесом обміну даними в процесі цього діалогу. На додаток до базових функцій організації і підтримки діалогу, сеансовий рівень забезпечує якість надання сервисів, виявлення і корекції помилок, що виникають у процесі передання сформованих трьома верхніми рівнями даних.

Стандарти, що описують протоколи сеансового рівня мають дуже важливе значення при організації мережної взаємодії між комп'ютерами. По суті, протоколи цього рівня – це арбітри, що керують потоками інформації, яка передається між комп'ютерами.

4 – транспортний рівень (Transport)

Протоколи цього рівня забезпечують надійність передання даних між комп'ютерами у мережі. Протоколи транспортного рівня дозволяють ізолювати три верхні рівні моделі OSI, що обслуговують додатки користувача, від питань пов'язаних із забезпеченням надійності доставки даних мережею.

Прикладом протоколу транспортного рівня може служити розроблений ISO власний стандарт – TP (Transport Protocol), що отримав згодом всесвітнє визнання.

Протокол Network Basic Input/Output System (NetBIOS) фірми IBM є ще одним прикладом протоколу, що забезпечує надійність обміну даними між комп'ютерами. Формально функції протоколу NetBIOS поширюються на два рівні моделі OSI: транспортний і сеансовий. Цей протокол був розроблений для невеликих мереж, не містить убудованих функцій маршрутизації даних і внаслідок цього не може бути використаний для побудови багатосегментних мереж. Для додання протоколу NetBIOS можливостей передання даних між різними сегментами він повинний використовуватися зверх інших транспортних протоколів. Прикладом такої реалізації може служити рішення, що використовує передання даних за протоколом NetBIOS поверх TCP (Transmission Control Protocol). Протокол TCP має усі функції транспортного протоколу, працюючи на четвертому, транспортному рівні моделі OSI.

3 – мережний рівень (Network)

Функціями мережних протоколів є: маршрутизація і керування процесом передання даних мережею. Одним із найбільш значимих і широко розповсюджених протоколів мережного рівня є IP (Internet Protocol). Він є одним із протоколів складових стек TCP/IP. Протокол IP – це основа технологій Інтернет і існуючих Інтрамереж.

Ще одним прикладом протоколу працюючого на мережному рівні може служити ITU X.25. Цей протокол визначає правила взаємодії комп'ютерів при переданні даних у мережах, що використовують пакетну технологію. Формально протокол X.25 визначає правила обміну даними ще на канальному і фізичному рівнях моделі OS.

2 – канальний рівень (Data-Link)

Прикладом може бути протокол FDDI, який описує правила передання даних із використанням оптичних каналів зв'язку. Стандарт протоколу FDDI (Fiber Distributed Data Interface) був розроблений Національним Американським Інститутом Стандартизації (American National Standards Institute – ANSI). Величезна кількість комп'ютерів і мережних пристроїв у світі працюють за цими протоколами.

Протоколи канального рівня моделі OSI розділяють на дві категорії: контролю доступу до середовища передання даних (Media Access Control – MAC) і контролю логічного каналу зв'язку (Logical Link Control – LLC).

Контроль доступу до середовища передання даних (Media Access Control)

Протоколи цього підрівня описують правила взаємодії комп'ютера із середовищем передання даних.

У цілому, використання маркера при передання даних дає переваги великим організаціям, тобто у таких мережах, де велика кількість комп'ютерів часто обмінюються невеликими порціями даних. Прикладом такого обміну даними може служити звернення великої кількості робочих станцій користувачів до бази даних при читанні і записі у ній інформації. Натомість, схема обміну даними з використанням механізму CSMA/CD забезпечує високі показники при одноразовому пересиланні великих обсягів даних. Наприклад, при роботі чи дизайнерів проектувальників обробних великі графічні документи.

Контроль логічного каналу зв'язку (Logical Link Control)

Функцією протоколів цього підрівня є забезпечення надійності передання даних фізичним каналом зв'язку. Прикладом найбільш розповсюдженого протоколу цього підрівня є IEEE 802.2. Його поширеність пояснюється тим, що він забезпечує контроль передання даних із використанням кожної із перерахованих вище технологій: CSMA/CD чи з застосуванням маркера.

PPP (Point-to-Point Tunneling Protocol) є ще одним прикладом протоколів працюючих на цьому подуровне. Цей протокол складається із трьох компонентів: схеми інкапсуляції (encapsulation scheme), протоколу контролю каналу (Link Control Protocol-LCP) і протоколу контролю мережних з'єднань (Network Control Protocol-NCP). Ці компоненти відповідальні за формування пакета даних, контроль каналу зв'язку між двома даними системами, що обмінюються, і керування взаємодією з протоколами мережного рівня. PPP використовується при організації мереж типу «точка – точка» (Point-to-Point) даними, що допускають обмін по каналах зв'язку, що з'єднують два мережних пристрої.

1 – фізичний рівень (Physical)

Стандарти на протоколи фізичного рівня визначають правила передання потоків двоїчних сигналів-бітов використовуваною мережею середовища передання даних. Прикладами таких середовищ передання можуть бути коаксіальний кабель, неекранована кручена пара, радіохвилі й оптичний кабель. Найбільш популярні протоколи цього рівня також визначаються стандартами IEEE 802.3, 802.4, 802.5 і FDDI. Ще одним прикладом стандарту і відповідного йому протоколу є Synchronous Optical Network – SONET (Синхронна Оптична Мережа).

Кожний із семи рівнів описує сукупність логічно згрупованих функцій необхідних для контролю процесу передання даних мережею. Усі сім рівнів моделі OSI і основні функції кожного із рівнів приведені на рисунку.

Різними групами національних і інтернаціональних організацій уже розроблені і продовжують розроблятися безліч стандартів для кожного із семи рівнів моделі OSI. Ці стандарти визначають методи контролю передання даних між сусідніми рівнями моделі OSI.

Стандарт на будь-який рівень моделі OSI визначає сервиси передачі даних наданих протоколом цього рівня. Протокол – це набір правил, що забезпечують успішний обмін інформацією у мережі за допомогою усіх пристроїв передання даних. Протокол описує функції і способи контролю передання даних, а також дії необхідні для успішної передачі даних між мережними пристроями. Як правило, на сьогодні для кожного рівня моделі OSI можна визначити безліч стандартів на протоколи, що описуються цим рівнем. Це відбувається через те, що багато організацій самостійно розробляють протоколи для більшості чи усіх семи рівнів моделі OSI. При цьому кожний із розроблювачів таких протоколів часто не безпідставно думає, що його набір протоколів є самим оптимальним і якісним.

Із використанням семи рівнів моделі OSI з'являється можливість повного опису послідовності і принципів передання даних між комп'ютерами у мережі.

Працюючи разом, додатки взаємодіють на кожному із семи рівнів моделі OSI. Взаємодіючі комп'ютери працюють під керуванням ідентичних операційних систем і використовують однакові протоколи (правила) перетворення даних на кожному із рівнів моделі. На самому верхньому рівні моделі – сьомому на кожному із комп'ютерів працюють додатки електронної пошти (e-mail). Ці додатки надають можливість користувачам комп'ютерів обмінюватися повідомленнями. Сукупність протоколів усіх семи рівнів, що забезпечують обмін даних між комп'ютерами, називається «стеком протоколів».

Передання даних починається з того моменту, коли користувач комп'ютера A натискає кнопку відправлення пошти користувачу комп'ютера В. Додаток електронної пошти, призначений для взаємодії з верхнім рівнем моделі OSI, використовує відповідний протокол цього рівня. За правилами цього протоколу додаток електронної пошти пересилає повідомлення на рівень додатків моделі OSI. Використовуючи правила, описані протоколом, рівень додатків приймає повідомлення і додає до нього заголовок рівня додатків. Цей заголовок містить інформацію необхідну комп'ютеру B для коректної обробки даних при їхньому надходженні на комп'ютер В.

Після додавання заголовка рівень додатків комп'ютера A пропускає сформовані дані на рівень представлення (шостий рівень). На першому етапі рівень представлення з задоволенням приймає дані, що включають у себе повідомлення користувача і заголовок рівня додатків. На другому етапі до отриманих даних приєднується заголовок рівня представлення. Заголовок цього рівня призначений для коректної обробки даних, при їхньому надходженні на рівень представлення комп'ютера В. Після додавання свого заголовка рівень представлення пропускає дані нижче відповідно до моделі OSI. У підсумку дані попадають на п'ятий (сеансовий) рівень.

Цей процес повторюється доти, поки вихідні дані з заголовками всіх попередніх рівнів не надійдуть на другий (канальний) рівень. Після додавання до даних відповідного заголовка цього рівня, дані здобувають назву «пакет даних» (frame). Отриманий пакет даних передається на самий нижній (фізичний) рівень і потім пересилається на комп'ютер B використовуваною мережею носіїв даних, що з'єднує наші два комп'ютери.

Коли переданий носієм даних сигнал доходить до комп'ютера B, його фізичний рівень копіює пакет, що прийшов, у свій стек протоколів і процес перетворення даних повторюється у зворотному порядку.

Фізичний рівень комп'ютера B передає отримані дані на канальний (другий) рівень. На першому етапі канальний рівень перетворює дані у відповідності зі службовою інформацією описаної у заголовку цього рівня. Після перетворення заголовок віддаляється, а дані, що залишилися, передаються на рівень вище (третій, мережний рівень). Цей процес аналізу заголовків і передання даних на вищі рівні повторюється доти, поки оригінальне повідомлення користувача комп'ютера A, не буде передано сьомим рівнем додатку електронної пошти комп'ютера В. Після одержання вихідного повідомлення його текст зображується на екрані користувача комп'ютера B.

Розуміння можливостей кожного з протоколів значно полегшує усвідомлення характеристик різних мережних програмних і апаратних засобів. Завдяки строгій стандартизації функцій протоколів кожного з рівнів моделі OSI можна чітко визначити можливості кожного з мережних продуктів. Виробники, що забезпечують підтримку великої кількості протоколів у своїх продуктах, одержують можливість прозорого перетворення даних з одного формату у іншій із наданням можливості безболісної взаємодії різнорідних систем.