8.4. Архитектура сетей связи и протоколы взаимодействия

Нормальное функционирование ВСС предусматривает обмен информацией в любых службах электросвязи. Данное условие накладывает определённые требования к цифровой форме представления передаваемых данных. Поясним сказанное. Данные, циркулирующие в сетях связи, могут иметь разное «происхождение» (это речевая, мультмедийная, документальная информация и т.д.), они могут представляться разной длиной разрядной сетки, являться результатом обработки различных кодирующих и декодирующих устройств (кодеков). Более того, в зависимости от способа и метода коммутации они могут иметь различную длину пакетов. Также ввиду сложности и иерархичности построения ВСС в каналах связи возможно использование тандемное (последовательное) включение разнообразных кодеков, приводящее к изменению формата представления данных с включением, например, дополнительных разрядов для повышения помехоустойчивости сообщений, защиты информации и т.п. Процесс передачи данных также связан с различными механизмами их маршрутизации и управления. Следовательно, разнообразие возможностей технической реализации передачи данных и управления сетью требует стандартизации процессов их пакетной обработки и сетевого управления. Стандартизация процессов обработки и передачи данных приводит к повышению эффективности использования пропускной способности каналов связи, к гибкости и универсальности программной реализации алгоритмов управления сетью, что позволяет повысить надёжность и устойчивость функционирования систем электросвязи.

Правила и стандарты пакетной обработки данных впервые разработаны рядом международных организаций электросвязи. В 1978г. в Международной организации по стандартам (МОС) был создан комитет, задачей которого являлась разработка международных стандартов для взаимосвязи открытых систем (ВОС). Открытой система считается тогда, когда архитектура у вновь создаваемой сети соответствует стандартной многоуровневой эталонной модели, принятой МОС.

Для упрощения разработки и реализации сетевой архитектуры система разбивается на ряд квазинезависимых (почти независимых) функциональных уровней. При этом взаимодействие систем и сети представляется в виде взаимодействия между элементами (логическими элементами) систем одного функционального уровня. Характер взаимодействия регламентируется международным стандартом: семиуровневой моделью ISO (Open System Interconnection), которая имеет следующие уровни взаимодействия:

1. Прикладной (П) (верхний) уровень обеспечивает управление прикладными программами. Данный уровень обеспечивает интерфейс между пользователем и прикладной программой, например, запуск программы на её выполнение, управление настройками программы и т.п.

2. Представления (УП) уровень обеспечивает интерпретацию смысла (значения) содержащейся в процессах информации. Обработка данных на уровне представления осуществляется без участия человека, здесь производится перекодировка данных, шифрование, сжатие, интерпретация команд графики и т.д., например, перекодировка сообщений в стандартную восьмиразрядную кодировочную таблицу символов ASCII или КОИ-8, формирование набора символов для печати.

3. Сеансовый (СУ) уровень обеспечивает организацию и проведение сеансов взаимодействия между прикладными процессами (программами). Он позволяет абонентским терминалам, компьютерам совместно использовать соединения, т.е. управляет режимами приема и передачи сообщений. Совместное использование соединений называют сеансом.

4. Транспортный (Т) уровень обеспечивает передачу массивов информации, кодирование любым способом. Транспортный уровень сегментирует сообщения на пакеты либо интегрирует отдельные пакеты в одно целое сообщение, отслеживает в них ошибки и последовательность передачи пакетов.

5. Сетевой (С) уровень обеспечивает маршрутизацию, коммутацию и управление потоками данных. На сетевом уровне принимается решение о маршруте движения пакетов (наилучший маршрут), автоматически осуществляется переадресация пакетов на устройство (узел), отстоящее не дальше, чем на одно соединение. Другими словами, сетевой уровень позволяет вышерасположенному транспортному уровню передавать пакеты, «не беспокоясь» о том, является ли адресат оконечным или транзитным узлом.

6. Канальный (К) уровень обеспечивает установление, поддержание и разъединение соединения, а также передачу потоков от одного устройства к другому. Он принимает пакеты от сетевого уровня и формирует кадры, также осуществляет коррекцию пакетов. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

7. Физический (Ф) (самый низкий) уровень обеспечивает физические, механические и функциональные характеристики каналов. Например, он определяет тип стыка в проводном разъёме, геометрические размеры разъёма, количество и назначение контактов в разъёме, тип и электрические характеристики сигналов (динамический диапазон, определяет эпюры сигнала во времени), вид канальной модуляции сигналов и т.д.

В данной модели при передаче сообщения последовательно продвигаются от верхнего (прикладного) до самого низкого (физического) уровня. При приёме наблюдается обратное движение сообщения от физического к прикладному, последовательно проходя все промежуточные уровни. При этом каждый их перечисленных уровней передающей стороны взаимодействует только с таким уровнем принимающей стороны с помощью процедур, называемых протоколами связи.

Протокол это правила, положенные в основу управления потоками данных в сети, описывающие функции и инструменты приложений, форматы данных, тип электрических соединений и т.д. Пример взаимодействия между пользователями сети показан на рисунке 8.9. Сеть включает две оконечные станции, между которыми производится обмен сообщениями. Транзитная передача сообщений осуществляется через усилительный пункт и два узла связи. Взаимо-

Рис. 8.9. Равноуровневое взаимодействие элементов сети

действие между оконечными станциями осуществляется на каждом уровне иерархической модели, которое оговорено соответствующими протоколами, С момента ввода пользователем исходных данных, сообщение «погружается» с верхнего (прикладного) до нижнего (физического) уровня. На приёмной стороне производится обратное действие «всплытие» данных сообщения от нижнего до верхнего уровня с последующим их отображением получателю. На промежуточных этапах передачи сообщений используются усилители, регенераторы, повторители сигналов, взаимодействие которых оговариваются только протоколами физического уровня. На более сложных элементах сети (таких, как мосты маршрутизаторы, узлы связи) взаимодействие осуществляется, начиная с физического, и заканчивая сетевым уровнем и выше. Также в качестве иллюстрации стандартного протокола взаимодействия можно рассматривать структуру форматаSTM-1 (описан в предыдущей главе), регламентирующий канальный уровень представления данных. Следует отметить, что с ростом номера уровня усложняются алгоритмы протоколов взаимодействия элементов сети.

Таким образом, эталонная модель ВОС является удобным средством функционального распараллеливания элементов открытых систем. Она определяет концепцию построения и взаимосвязи стандартов между собой и может служить базой для стандартизации в различных сферах передачи, сохранения и обработки информации.