Эталонная сетевая модель osi. Межуровневые взаимодействия.
Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем) — сетевая модель стека сетевых протоколов OSI/ISO.
Уровни модели OSI
Нижний уровень – физический уровень (вся железная часть).
Канальный уровень - предназначен для обеспечения взаимодействия сетей по физическому уровню и контролем над ошибками, которые могут возникнуть.
Сетевой уровень – взаимодействие в целом по всей сети.
Транспортный уровень – адресация информации внутри машины
Сеансовый уровень – когда приложение управляет сеансами
Представительский уровень – представление информации, которая передаётся по сети (например её кодировка).
Прикладной уровень - верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью:
позволяет приложениям использовать сетевые службы:
удалённый доступ к файлам и базам данных,
пересылка электронной почты;
отвечает за передачу служебной информации;
предоставляет приложениям информацию об ошибках;
формирует запросы к уровню представления.
Физический уровень osi
Это самый нижний уровень в модели OSI. Он контролирует прием и передачу по физической (несущей) сетевой среде неструктурированного потока битов. Физический уровень состоит из электрических, оптических и физических компонентов сети и передает сигналы для остальных уровней.
Средства кодирования данных определяют:
· какие формы сигналов представляют двоичные нули и единицы;
· как принимающая станция распознает, откуда начинается закодированный бит;
· как принимающая станция разграничивает пакет.
Физические компоненты (кабели, коннекторы и т. д.) определяют:
· используется ли для подключения к несущей среде внешний трансивер;
· сколько контактов на коннекторах и какова роль каждого из них.
За прием и передачу сигналов в сетевую среду отвечает Трансивер, как правило, располагающийся на сетевых платах. В сетях, использующих медный кабель, трансивер - это электрическое устройство, которое получает от протокола Канального уровня двоичные данные и преобразует их в напряжение, световые импульсы, радиоволны или некоторые другие виды сигналов. Сигналы, вырабатываемые трансивером, могут быть как аналоговыми, так и цифровыми. Большинство сетей передачи данных используют цифровые сигналы, но некоторые беспроводные технологии используют аналоговую радиопередачу.
При аналоговой передаче информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты. Основные способы аналоговой модуляции (кодирования сигнала) показаны на рис. 8. На диаграмме (рис. 8, а) показана последовательность бит исходной информации, представленная потенциалами высокого уровня для логической единицы и потенциалом нулевого уровня для логического нуля.
Рис. 8. Различные типы модуляции
При амплитудной модуляции (рис. 8, б) для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции - фазовой модуляцией. При частотной модуляции (рис. 8, в) значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f1 и f2. При фазовой модуляции (рис. 8, г) значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0, 90, 180 и 270 градусов.
Цифровые сигналы применяются в сетевых технологиях более часто. Все стандартные медные и оптоволоконные среды передачи данных используют различные формы цифровых сигналов. Способ кодирования сигнала определяется конкретным протоколом Канального уровня. Все сети Ethernet, например, используют манчестерскую систему кодирования, как для витой пары, так и для коаксиального и оптоволоконного кабеля. В большинстве случаев сигнал формируется в результат перехода между положительным и отрицательным напряжением, хотя иногда также используется нулевое напряжение. Действительное значение напряжения не имеет значения; важен переход, формирующий сигнал. Передаваемый сигнал разбивается в соответствии с отрезками времени, называемыми ячейками (cells), и напряжение для каждой ячейки представляется двоичной величиной. Положительное значение - ноль, отрицательное - единица. Такой метод кодирования сигнала кажется простым и логичным путем преобразования двоичной информации, но имеет один существенный изъян - необходимость синхронизации. Когда двоичный код состоит из двух или более следующих друг за другом единиц или нулей, то на протяжении двух или более ячеек не происходит изменение напряжения. Если две системы, обменивающиеся информацией, не имеют таймеров, синхронизированных с большой точностью, то невозможно правильно определить количество переданных двоичных посылок. Некоторые системы могут использовать такой способ кодирования в силу того, что они имеют внешний синхронизирующий сигнал, который обеспечивает синхронизацию взаимодействующих систем. Однако большинство информационных сетей задействует узкополосную среду передачи, которая разрешает единовременную пересылку только одного сигнала. Поэтому такие сети используют другой способ кодирования, который обладает свойством самосинхронизации (self-timing).
Манчестерская система кодирования, реализуемая в Ethernet-сетях, основана на самосинхронизации сигналов; в силу этого факта уровень сигнала в ней изменяется по центру каждой ячейки. Это позволяет точно отметить границы ячейки для принимающей системы. Двоичные (логические) величины определяются, исходя из направления изменения полярности. Переход от положительного значения к отрицательному соответствует нулю, от отрицательного к положительному - единице (рис. 9).
Чтобы избежать смещения в начале пакета передаётся преамбула 10101010 - с её помщью можно определить начальный момент.
Рис. 9. Манчестерская система кодирования
Сети Token Ring используют другой способ преобразования сигнала, называемый разностным манчестерским кодированием, при котором уровень сигнала изменяется также посередине каждой ячейки. Однако для этого типа кодирования направление перехода не имеет значения; он требуется только для синхронизации сигнала. Значение каждой ячейки определяется по наличию или отсутствию перехода в ее начале. Если смена полярности присутствует, то значение ячейки - ноль, если перехода нет - единица (рис. 10).
Рис. 10. Разностная манчестерская система кодирования