Эталонная семиуровневая модель OSI

 

1.2.2. Уровень представления данных (Presentation layer)

 

Уровень представления данных или  представительский уровень представляет данные, передаваемые между прикладными  процессами, данные в нужной форме.

Этот уровень обеспечивает то, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. В случаях необходимости уровень представления в момент передачи информации выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а в момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например, синтаксические различия в представлении данных. Такая ситуация может возникнуть в ЛВС с неоднотипными компьютерами (IBM PC и Macintosh), которым необходимо обмениваться данными. Так, в полях баз данных информация должна быть представлена в виде букв и цифр, а зачастую и в виде графического изображения. Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.[7]

В основу общего представления данных положена единая для всех уровней модели система ASN.1. Эта система служит для описания структуры файлов, а также позволяет решить проблему шифрования данных. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которым секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня.

Представительный уровень выполняет  следующие основные функции:

1. Генерация запросов на установление сеансов взаимодействия прикладных процессов.
2. Согласование представления данных между прикладными процессами.
3. Реализация форм представления данных.
4. Представление графического материала (чертежей, рисунков, схем).
5. Засекречивание данных.
6. Передача запросов на прекращение сеансов.

Протоколы уровня представления данных обычно являются составной частью протоколов трех верхних уровней модели.

Пример некоторых протоколов уровня:

• ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) – В области телекоммуникаций и компьютерных сетей, язык для описания абстрактного синтаксиса данных (ASN.1), используемый OSI – это стандарт записи, описывающий структуры данных для представления, кодирования, передачи, и декодирование данных.
• XDR (External Data Representation) – стандарт передачи данных в Интернете, используемая в различных RFC для описания типов.
• XML-RPC (Extensible Markup Language Remote Procedure Call – XML-вызов удалённых процедур) – основанный на XML стандарт (протокол) вызова удалённых процедур, является прародителем SOAP, отличается исключительной простотой применения. XML-RPC, как и любой другой интерфейс RPC, определяет набор стандартных типов данных и команд, которые программист может использовать для доступа к функциональности другой программы, находящейся на другом компьютере в сети.

Так же сюда входят и протоколы  HTTP, SMTP, Telnet, FTP, SNMP.[8]

 

1.2.3. Сеансовый уровень (Session layer)

 

Сеансовый уровень – это уровень, определяющий процедуру проведения сеансов между пользователями или  прикладными процессами.

Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, вместо того чтобы начинать все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется.

Сеансовый уровень управляет передачей  информации между прикладными процессами, координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Функции этого уровня состоят в координации связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях. Это происходит в виде хорошо структурированного диалога. В число этих функций входит создание сеанса, управление передачей и приемом пакетов сообщений во время сеанса и завершение сеанса.[9]

На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между двумя  прикладными процессами:

• полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди);
• дуплексной (процессы будут передавать данные, и принимать их одновременно).

В полудуплексном режиме сеансовый  уровень выдает тому процессу, который  начинает передачу, маркер данных. Когда  второму процессу приходит время  отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый уровень разрешает передачу только той стороне, которая обладает маркером данных.

Сеансовый уровень обеспечивает выполнение следующих функций:

1. Установление и завершение на сеансовом уровне соединения между взаимодействующими системами.
2. Выполнение нормального и срочного обмена данными между прикладными процессами.
3. Управление взаимодействием прикладных процессов.
4. Синхронизация сеансовых соединений.
5. Извещение прикладных процессов об исключительных ситуациях.
6. Установление в прикладном процессе меток, позволяющих после отказа либо ошибки восстановить его выполнение от ближайшей метки.
7. Прерывание в нужных случаях прикладного процесса и его корректное возобновление.
8. Прекращение сеанса без потери данных.
9. Передача особых сообщений о ходе проведения сеанса.

Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью протоколов трех верхних уровней модели.

Протоколы сеансового уровня устанавливают, поддерживают и закрывают логический сеанс связи между удаленными процессами.

• RPC (Remote Procedure Call) - протокол вызова удаленных процедур (запуска процессов на удаленном компьютере). То есть позволяет удаленным прикладным программам связываться друг с другом простым и эффективным способом.
• TLS (Transport Layer Security) - криптографический протокол, обеспечивающий безопасную передачу данных между узлами в сети Интернет.
• WSP - (Wireless Session Protocol) - протокол, основная задача которого поддерживать неразрывным сеанс связи в течение длительных интервалов ожидания ответа, которые могут возникнуть при выборе SMS в качестве носителя или применении удаленного шлюза. Кроме того, WSP предусматривает использование push-технологий, т.е. доставку «незапрошенного» содержания.
• SSL (Secure Sockets Layer - протокол защищённых сокетов¹⁰) - криптографический протокол, обеспечивающий безопасную передачу данных по сети Интернет. При его использовании создаётся защищённое соединение между клиентом и сервером. SSL изначально разработан компанией Netscape Communications, в настоящее время принят IETF как стандарт.[10]

 

1.2.4. Транспортный уровень (Transport Layer)

 

Транспортный уровень предназначен для передачи пакетов через коммуникационную сеть. На транспортном уровне пакеты разбиваются  на блоки.

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням модели (прикладному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования¹¹ нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Транспортный уровень определяет адресацию физических устройств (систем, их частей) в сети. Этот уровень гарантирует  доставку блоков информации адресатам и управляет этой доставкой. Его главной задачей является обеспечение эффективных, удобных и надежных форм передачи информации между системами. Когда в процессе обработки находится более одного пакета, транспортный уровень контролирует очередность прохождения пакетов. Если проходит дубликат принятого ранее сообщения, то данный уровень опознает это и игнорирует сообщение.

В функции транспортного уровня входят:

1. Управление передачей по сети и обеспечение целостности блоков данных.
2. Обнаружение ошибок, частичная их ликвидация и сообщение о неисправленных ошибках.
3. Восстановление передачи после отказов и неисправностей.
4. Укрупнение или разделение блоков данных.
5. Предоставление приоритетов при передаче блоков (нормальная или срочная).
6. Подтверждение передачи.
7. Ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.

Начиная с транспортного уровня, все вышележащие протоколы реализуются  программными средствами, обычно включаемыми  в состав сетевой операционной системы. Эти протоколы обеспечивают безошибочный сквозной обмен потоками данных между процессами во время сеанса.

Наиболее распространенные протоколы  транспортного уровня включают в  себя:

• TCP (Transmission Control Protocol) - один из основных сетевых протоколов Internet, предназначенный для управления передачей данных стека TCP/IP;
• UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских дейтаграмм) - сетевой, пользовательский протокол для передачи данных в сетях IP. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI.;
• NCP (NetWare Core Protocol) базовый протокол сетей NetWare;
• SPX (Sequenced Packet eXchange) упорядоченный обмен пакетами стека Novell;
• NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) - расширенный интерфейс датаграммной передачи NetBIOS. Комбинированный протокол L3/L4, используемый как механизм передачи для NetBIOS на основе широковещательных рассылок. Единственным способом маршрутизации, разрешённым при использовании этого протокола, является использование исходной маршрутизации сети Token ring.

 

1.2.5. Сетевой уровень (Network Layer)

 

Сетевой уровень обеспечивает прокладку  каналов, соединяющих абонентские  и административные системы через  коммуникационную сеть, выбор маршрута наиболее быстрого и надежного пути.

Сетевой уровень устанавливает  связь в вычислительной сети между  двумя системами и обеспечивает прокладку виртуальных каналов между ними. Виртуальный или логический канал - это такое функционирование компонентов сети, которое создает взаимодействующим компонентам иллюзию прокладки между ними нужного тракта. Кроме этого, сетевой уровень сообщает транспортному уровню о появляющихся ошибках. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packet). В них помещаются фрагменты данных. Сетевой уровень отвечает за их адресацию и доставку.

Решение маршрутизации является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.

Протокол канального уровня обеспечивает доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей  типовой топологией. Это очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами.

Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень. При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие номер сети. В этом случае адрес получателя состоит из номера сети и номера компьютера в этой сети.

Сети соединяются между собой  специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Для того чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, по которым проходит пакет.

Сетевой уровень отвечает за деление  пользователей на группы и маршрутизацию  пакетов на основе преобразования MAC-адресов  в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.

Сетевой уровень выполняет функции:

1. Создание сетевых соединений и идентификация их портов.
2. Обнаружение и исправление ошибок, возникающих при передаче через коммуникационную сеть.
3. Управление потоками пакетов.
4. Организация (упорядочение) последовательностей пакетов.
5. Маршрутизация и коммутация.
6. Сегментирование и объединение пакетов.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид  относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений.