Функциональная иерархическая модель информационных сетей

В основу многоуровневой архитектуры связи положена концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), обеспечивающая стандарт на международном уровне для вновь создаваемых информационных сетей. Семиуровневая ЭМВОС описывает и регламентирует структуру взаимодействия реальных открытых систем. Под открытыми системами понимается совокупность ЭВМ с программным обеспечением и периферийным оборудованием, терминалов, средств передачи данных и т.п., т.е. единое целое, способное обрабатывать и передавать информацию. Понятие “открытая” предполагает взаимодействие всех входящих в информационную сеть реальных систем, которые являются полностью автономными и осуществляют передачу различных сообщений. Под термином "взаимодействие открытых систем";понимаются не аспекты их внутреннего функционирования, а процесс информационного обмена между открытыми системами, процедуры их совместного функционирования, целью которых является выполнение общей распределенной работы. Разбиение на уровни осуществлено таким образом, чтобы функционально сгруппировать в рамках одного уровня близкие процессы, участвующие во взаимодействии открытых систем.

При передаче информации в сети каждый уровень одной системы взаимодействует только с одноименным уровнем другой. Следует отметить, что взаимодействие одноименных уровней обеспечивается нижестоящими уровнями. Например, уровень 7 взаимодействует между собой через уровень 6, а уровень 6 - через 5 и т.д.

Прикладной уровень (7-й) характеризуют протоколы непосредственно связанные с выполнением информационно-вычислительных процессов: запрос-ответ, идентификация пользователей, электронная почта, телетекст, факс, электронный переводчик денежных средств, прикладные задачи, например, редактирование текста, обработка сообщений и т.д.

Представительный уровень (6-й) обеспечивает механизм представления и преобразование данных, подлежащих передаче между прикладными процессами, т.е. язык и формат представления. Основными функциями его протоколов является шифрование данных, их сжатие и кодовое преобразование. Функцию сжатия можно выполнять и на других уровнях, однако, сжатие данных каждого сеанса имеет преимущество, так как различные сеансы обладают различной избыточностью своих сообщений (примером является архивация файлов с целью уменьшения объема данных). Кодовое преобразование необходимо при несовместимости терминалов.

Сеансовый уровень (5-й) предназначен для организации и проведения диалога между прикладными процессами. Для многих сетей его функции связаны с правами доступа при инициировании сеансов в целях исключения несанкционированных пользователей.

Транспортным уровнем (4-й) обеспечиваются следующие функции:

а) на передающей стороне сообщения разбиваются на пакеты, а на приемной последние собираются в сообщения;

б) если на сетевом уровне возникают ошибки, то транспортный уровень обеспечивает надежную сквозную передачу для тех сеансов, для которых это необходимо;

г) если маршрут передачи проходит по нескольким подсетям с несовместимыми сетевыми уровнями, то транспортный уровень обеспечивает в так называемых “шлюзах” изменение формы представления пакетов с тем, чтобы они могли быть приняты сетевым уровнем подсети, следующей на пути к адресату.

Сетевой уровень (3-й) в концептуальном плане является наиболее сложным в уровневой иерархии, поскольку все паритетные процессы (процессы одного уровня) здесь должны действовать совместно. Основными функциями сетевого уровня являются: выбор маршрута передачи данных (маршрутизация), управление входными потоками данных с целью исключения перегрузок в сетях. Под маршрутизацией понимают протоколы, согласно которым производится выбор маршрута, а именно последовательности линий передач, соединяющих источник с адресатом. Управление трафиком (сетевой нагрузкой) предполагает прежде всего ограничение входного потока с целью исключения перегрузки сети.

Канальный уровень (2-й) отвечает за надежную передачу пакета, оформленного в кадровую структуру (или сообщения “помещенного” в кадр, который синхронизирует и обеспечивает его помехоустойчивость) по линии связи. Основные его функции:

а) формирование порций данных определенного объема, размещаемых в кадрах;

б) кодирование порций данных в составе кадра, с использованием помехоустойчивого кода;

г) управление потоком данных на уровне канала, с целью регулирования скорости передачи данных.

Помехоустойчивость канала данным уровнем обеспечивается за счет использования возможностей избыточного кодирования для обнаружения и исправления ошибок, свойств широкополосных сигналов, в том числе ППРЧ, адаптивного управления уровнем мощности приемопередатчиков, методов обработки при приеме сигналов, в том числе пространственно-временной, позволяющей управлять диаграммой направленности антенной системы.

Наряду с обеспечением надежной передачи по каналу связи, на канальном уровне, а именно подуровнем доступа к среде (УДС), реализуются протоколы множественного доступа в канал с ограниченным ресурсом. Подходы к решению этой сложной (практически до конца не решенной) задачи показаны в четвертом разделе.

Физический уровень (1-й) обеспечивает виртуальную линию для передачи последовательности битов между любой парой узлов, соединенных физическим каналом связи. Основными задачами являются:

а) установление и разрыв соединения (связи) следующих видов: точка-точка, точка-многоточка;

б) преобразование сигналов, т.е. дискретных в аналоговые и наоборот для пересылки;

в) реализация интерфейса с более высоким уровнем (диагностика определенного класса неисправностей), например, прекращение линии связи, отключения питания, потеря механического контакта и т.д.

Решение вопросов на физическом уровне связано с особенностями среды распространения сигналов, например для пакетных радиосетей - радиосреды. При этом рассматриваются средства объектов взаимодействия в линии, необходимые для передачи последовательности битов (модемы), решаются задачи входа в синхронизм и точной синхронизации, использования широкополосной передачи для пакетных радиосетей УКВ диапазона.