Протоколы верхних уровней (5-7)

Прикладной (пользовательский) уровень является основным. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решить некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах. Прикладной уровень эталонной модели OSI определяет смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы в процессе совместного решения некоторой заранее известной задачи.

Шестой уровень называется уровнем представления. Он определяет в основ­ном процедуру представления передаваемой информации в нужную сетевую форму. Это связано с тем, что сеть объединяет разные оконечные пункты (например, разные компьютеры). Если бы все оконечные пункты существовали в сети одного типа, то не понадобилось бы введение уровня представления. Так в сети, объединяющей раз­нотипные компьютеры, информация, передаваемая по сети, должна иметь опреде­ленную единую форму представления. Именно эту форму и определяет протокол шестого уровня.

Следующий пятый уровень протоколов называют уровнем сессии или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между при­кладными процессами - соединение прикладных процессов для их взаимодействия, организация передачи информации между процессами во время взаимодействия и «разъединения» процесса.

Протоколы нижних уровней (1-4)

Четвертый транспортный уровень в модели ВОС служит для обеспечения пересылки сообщений между двумя взаимодействующими системами с использованием нижележащих уровней. Этот уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок дан­ных и должен обеспечивать его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они «знают» лишь удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный же уровень должен «знать», как работает сеть, какие размеры блоков дан­ных она принимает и т.п.

Следующие три нижних уровня определяют функционирование узла сети. Протоколы этих уровней обслуживают так называемую транспортную сеть. Как любая транс­портная система, эта сеть транспортирует информацию, не интересуясь ее содержанием. Главной задачей этой сети является быстрая и надежная доставка информации. Основной задачей третьего сетевого уровня является маршрутизация сообще­ний, кроме этого он обеспечивает управление информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, учет предоставленных услуг.

Уровень управления каналом (второй уровень), или канальный, представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физического соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок.

Физический (первый) уровень обеспечивает непосредственную взаимосвязь со средой передачи. Он определяет механические и электрические характеристики, требуе­мые для подключения, поддержания соединения и отключения физической цепи (канала).

Широко распространены низкоуровневые протоколы, соответствующие каналь­ному и физическому уровням модели OSI, - это X.25, ISDN, Frame Relay, АТМ, Ethernet.

В табл. 8.2 приводятся характеристики этих сетей в графе «Скорость доступа» - наиболее типичный диапазон скоростей, предоставляемых поставщиками услуг этих сетей.

Таблица 8.2. Характеристики технологий компьютерных сетей

Тип сети	Скорость доступа	Примечание
Х.25	1,2-64 Кбит/с	Большая избыточность протоколов, хорошо работают на каналах низкого качества
FrameRelay	от 56 Кбит/с до 2 Мбит/с	Изначально протокол разрабатывался для замены Х.25, использует службы постоянных виртуальных каналов
ATM	1,544-155 Мбит/с	Новые сети, коммерческая эксплуатация началась с 1996 года, пока используются в основном для передачи компьютерного трафика
ISDN	64-2,048 Кбит/с	Цифровая сеть интегрированных услуг в том числе передачи голоса, данных и видео. Широко распространена
Ethernet	10-10 000 Мбит/с	На сегодняшний день стандарт для локальных сетей, активно завоевывает позиции в сегменте городских сетей (MAN)

При рассмотрении канального уровня данных протоколов различают понятия: дейтаграммное и виртуальное соединения.

Дейтаграммное соединение. Каждый пакет, имея свой адрес получателя и отправителя, проходит через сеть от отправителя до получателя по своему произвольному маршруту и, путешествуя от узла к узлу, доходит до получателя. Маршрут передачи последующего пакета может отличаться от маршрута, по которому был передан предыдущий пакет. Это может приводить к нарушению порядка следования пакетов и необходимости их сортировки на принимающей стороне.

Дейтаграммный метод не требует предварительного установления соединения и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме того, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети.

При дейтаграммной передаче кадр посылается в сеть «без предупреждения», и никакой ответственности за его утерю протокол не несет. Предполагается, что сеть всегда готова принять кадр от конечного узла. Дейтаграммный метод работает быстро, так как никаких предварительных действий перед отправкой данных не выполняется. Однако при таком методе трудно организовать в рамках протокола отслеживание факта доставки кадра узлу назначения. Этот метод не гарантирует доставку пакета.

Виртуальное соединение представляет собой несколько последовательно соединенных логических каналов. Логический канал - это канал, который обеспечивается путем мультиплексирования физической линии, соединяющей пакетное оконечное устройство с центром коммутации пакетов (ЦКП) или два ЦКП между собой.

Различают два вида виртуальных соединений PVC (Permanent Virtual Circuit) - постоянный виртуальный канал и SVC (Switched Virtual Circuit) - коммутируемый виртуальный канал. PVC представляет собой соединение между конечными точками, которое существует постоянно и может устанавливаться или разрываться оператором сети вручную. SVC - это тоже соединение между оконечными точками, но устанавли­ваемое динамически специальными процедурами в устройствах, участвующих в соеди­нении. Коммутируемые виртуальные соединения динамически устанавливаются и раз­рываются по требованию программного обеспечения и сетевых устройств.

При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Коммутаторы распознают принадлежность пакета к виртуальному каналу по специальной метке - номеру виртуального канала, а не анализируют адреса конечных узлов, как это делается при дейтаграммном методе. Протокол X.25 может использовать и дейтаграммные, и виртуальные соединения (PVC).

Однако этот протокол имеет существенные недостатки, которые влияют на его широкое использование:

• для выявления ошибок (повышения надежности) Х.25 предусматривает повторную передачу сообщения, что резко снижает использование полосы пропускания канала для передачи полезной информации (по разным источникам от 5% до 40%);

• технология Х.25 замыкается в основном только на данном протоколе;

• большие временные задержки не позволяют передавать по сети речевые пакеты.

Все эти недостатки отсутствуют при использовании протокола Frame Relay (FR).

Обычно на русский язык термин Frame Relay переводится или как коммутация кадров, или как трансляция кадров.

Технология FR создавалась в первую очередь для обеспечения взаимодействия удаленных локальных вычислительных сетей (ЛВС). В качестве средств передачи трафика ЛВС она стала альтернативой, по сравнению с сетями X.25 и арендованными линиями.

С тенденцией к использованию в ЛВС приложений, для которых требуется все большая полоса пропускания и/или небольшая временная задержка, сети Х.25 становятся все менее подходящими для организации межсетевого обмена. Сравнивая протоколы Х.25 и Frame Relay, можно сопоставить коэффициенты использования ими полосы пропуска­ния каналов связи. Для передачи полезной информации FR может задействоваться 90% полосы пропускания, а Х.25 - не более 40%.

Такое эффективное использование полосы пропускания позволяет передавать по сети речевой сигнал и данные. Однако протокол FR имеет и недостатки.

Он «не различает» протоколы вышележащих уровней. Поэтому даже в сети, где используется только один протокол сетевого уровня, скажем IP, Frame Relay не «отличит» трафик жизненно важный для работы предприятия от второстепенного трафика. Один из способов «отделить» эти трафики друг от друга - использовать для каждого из них свое виртуальное соединение, что, впрочем, потребует дополнительных расходов, поскольку операторы берут плату за каждое виртуальное соединение.

ATM позволяет преобразовать данные, звук и видеосигнал в так называемые ячейки длиной 53 байта для передачи по обычной сетевой инфраструктуре без дополни­тельных преобразований. Сеть на основе АТМ позволяет передавать любой тип инфор­мации практически каждому устройству-адресату посредством единой сети, причем по своим качественным и количественным характеристикам данная технология пре­восходит все доступные для практического применения на сегодняшний день сетевые технологии.