5.2. Модель взаимодействия в компьютерной сети

При проектировании компьютерных сетей, необходима совместимость оборудования по электрическим и механическим характеристикам, совместимость программного обеспечения и совместимость по системе кодирования и формату данных. Для решение этой задачи была предложена модель взаимодействия открытых систем OSI ( Open System Interconnections), разработанная в соответствии со стандартами Международного института стандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. Эта модель ISO/OSI рассматривает архитектуру компьютерных сетей на семи различных уровнях и ее используют все производители сетевых продуктов, хотя реальные сетевые средства, предлагаемые ими, поддерживают не все функции стандарта.

Прикладной уровень является верхним уровнем системы, на котором пользователь взаимодействует с компьютерной системой, а физический - нижним, используемым для передачи сигналов между компьютерами сети. Для обеспечения совместимости на всех уровнях сети используются стандартные протоколы обмена. Функции, выполняемые в указанных уровнях, представлены на рис.5.4.

Между одноименными уровнями абонентов сети существует виртуальная (логическая) связь, например, между прикладными уровнями взаимодействующих по сети абонентов. Реальную же, физическую связь (кабель, радиоканал) абоненты одной сети имеют только на самом нижнем - физическом уровне. Передаваемая информация проходит все уровни, от верхнего и до нижнего. Принимаемая информация проходит обратный путь: от нижнего к верхнему уровню.

Рис. 5.4. Путь информации от передатчика к приемнику

Каждый более низкий уровень не только производит обработку данных, приходящих с более высокого уровня, но и снабжает их заголовком и служебной информацией. Такой процесс формирования служебной информацией продолжается до последнего (физического) уровня. На физическом уровне сформированный пакет передается по кабелю приемнику. При этом каждый уровень принимающего абонента производит обработку данных, полученных с нижеследующего уровня в соответствии с исключаемой им служебной информацией.

Для связи компьютерных сетей, работающих по разным протоколам, служат специальные средства, называемые шлюзами. Шлюзы могут быть как аппаратными, так и программными. Например, это может быть специальный компьютер (шлюзовый сервер), а может быть и программа. При подключении локальной сети предприятия к глобальной сети важную роль играет понятие сетевой безопасности. Для обеспечения сетевой безопасности между локальной и глобальной сетью устанавливают так называемые брандмауэры, которым может быть специальный компьютер или программа, препятствующая несанкционированному перемещению данных между сетями.

Процесс обмена данными между компьютерами модели OSI имеет аналогию почтовой пересылки документа, представленной в таблице 5.1. Каждому уровню модели сопоставляется конкретная задача, в том числе и транспортной среде, то есть передача данных разбивается на отдельные подзадачи. Соглашения для связи между различными уровнями называют протоколом. Данные передаются от седьмого в нижерасположенный уровень с определенным заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний первый уровень. На приемной стороне поступающие данные анализируются и, передаются далее от первого в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Таблица 5.1. Уровни модели ISO

Уровень	Аналогия сети
Прикладной уровень	Документ создан на бумажном носителе
Уровень представления	Документ помещен в пакет и определен вариант доставки (поезд, самолет и т.п.)
Сеансовый уровень	Пакет опущен в почтовый ящик
Транспортный уровень	Пакет доставлен на почтамт и отделен от других пакетов, использующих другой способ доставки
Сетевой уровень	После сортировки пакет помещен в коробку и, тем самым, создана новая единица доставки - коробка
Канальный уровень	Коробка с документами помещена, например, в вагон - новая единица доставки
Физический уровень	Почтовый вагон прицеплен к составу - появилась новая единица доставки - состав. За доставку теперь отвечает железнодорожная служба, действующая по своему протоколу доставки

Уровень 7, прикладной. На прикладном уровне с помощью прикладных программ пользователь со­здает документ. На этом уровне производится передача файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью. Примерами протоколов верхних уровней являются:

- FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов;

- NFS (Network File System) - сетевая файловая система.

Уровень 6, уровень представления. На этом уровне происходит преобразование данных прикладного уровня в формат данных для транспортного уровня.

Уровень 5, сеансовый. На этом уровне происходит проверка прав пользователя и передача документа к протоколам транспортного уровня. Этот уровень отвечает за обмен данными между компьютерами пользователей.

Уровень 4, транспортный. На этом уровне информация разбивается на так называемые пакетами, для передачи их на сетевой уровень. Примером протокола транспортного уровня является:

- TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей.

Уровень 3, сетевой. На этом уровне происходит деление пользователей на группы и задание маршрута пакета, для этого каждый пакет получает адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов. Используются протокол:

- IP (Internet Protocol) - протокол Internet .

Уровень 2, канальный. На этом уровне происходит анализ сигналов на физическом уровне. Например, в компьютере эти функции выполняет сетевая карта или модем. Производится создание, передача и прием кадров данных. Для этого используется протокол Ethernet.

Уровень 1, физический. На нем происходит реальная передача пакетов данных канального уровня и преобразование их в двоичный код потока данных. На физическом уровне определяются параметры среды передачи, которые задаются:

• типом кабелей и разъемов;

• способом подключения кабелей к контактам в разъемах;

• схемой кодирования сигналов.

Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. На компьютере получателя информации происходит процесс преобра­зования данных от двоичных сигналов до документа.