Для обеспечения обмена информацией между компьютерными сетями или между компьютерами данной КС в 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС), или International Organization of Standardization (ISO) разработала многоуровневый комплект протоколов, известный как семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), или Open System Interconnection (OSI).

Она получила широкое распространение и признание и является основой для анализа существующих сетей, создания новых сетей и стандартов. Одна из основных идей модели OSI – обеспечение относительно простого обмена информацией при использовании изготовленных разными фирмами аппаратных и программных средств, соответствующих стандартам ЭМВОС.

Конечные пользователи не должны заботиться о проблемах совместимости, которые всё ещё свойственны системам, включающим устройства различных производителей. Сеть, удовлетворяющая требованиям ЭМВОС, называется открытой.

Многоуровневый подход, реализованный в модели ВОС, оказался очень эффективным. Каждый уровень протоколов включает определённый круг функций и сервиса. Преимущество такого подхода заключается в возможности внесения изменений в один уровень без переработки всей модели в целом.

Абонентская система в соответствии с ЭМВОС представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия АС.

Последние разбиваются на семь функциональных уровней. Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Отдельные уровни ЭМВОС удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций.

Нумерация уровневых протоколов идёт снизу вверх. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня.

Схема семиуровневой ЭМВОС представлена на рис. 8.3 [9].

При передаче информации по мере продвижения её от верхнего (прикладного) уровня к нижнему (физическому) на каждом уровне, кроме физического, к ней добавляется заголовок, содержащий управляющую информацию для соответствующего уровня на принимающем компьютере.

Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие данные, как тип передаваемой информации адреса станции-отправителя и станции-получателя, режим передач (дуплексный, полудуплексный и т. д.), метод кодирования информации, метод контроля ошибок.

Приёмный компьютер принимает информацию в виде потока битов и собирает её в кадры. По мере продвижения кадров снизу вверх (от физического уровня к прикладному) протоколы соответствующих уровней удаляют предназначенную для них управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа получит только исходные данные.

1. Прикладной уровень

Является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользователя.

Прикладной уровень занимается непосредственно поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных.

Прикладная программа, которой необходимо выполнить конкретную задачу, посылает конкретные данные на прикладной уровень, где определяется, как следует обрабатывать запрос прикладной программы. Важной функцией прикладного уровня является реализация протоколов электронной почты.

Прикладной уровень содержит несколько так называемых общих элементов прикладного сервиса (ACSE – Application Common Service Elements), представляемым прикладным процессам во всех системах, и специальных элементов прикладного сервиса (SASE Specific Application Service Elements), которые обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ.

На прикладном уровне реализуются функции управления сетями. По мере усложнения сетей вопрос административного управления ими приобретает всё большее значение. Это касается прежде всего разработки, совершенствования и стандартизации информационно-управляющих протоколов.

2. Представительный уровень (уровень представления данных).

Отвечает за физическое отображение (представление) информации, он преобразует информацию к виду, который необходим прикладным процессам пользователей, т. е. занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматриваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на обработку.

В основу работы представительного уровня положена единая для всех уровней ЭМВОС система обозначений для описания абстрактного синтаксиса – ASCII. Эта система используется для описаний структуры файлов, а на прикладном уровне применяется при выполнении операций пересылки файлов при работе с виртуальным терминалом. Одна из важнейших проблем, возникающих при управлений сетями, – проблема шифрования данных – решается также с помощью ASCII.

3. Сеансовый уровень

Предназначен для организации и управления сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей. Сеанс создаётся по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни, и включает: формирование сквозного канала связи между взаимодействующими прикладными процессами, управление обменом информацией между этими процессами, расторжение связи между указанными процессами по завершении обмена.

Отвечает за режим передачи, т. е. на этом уровне определяется, какая будет передача между двумя прикладными процессами: полудуплексной (процессы будут передавать и принимать данные по очереди) или дуплексной (процессы будут передавать и принимать данные одновременно).

На сеансовом уровне также осуществляется управление очерёдностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий.

4. Транспортный уровень

В иерархии уровней сети занимает центральное место, он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и верхними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональных аспектов сети.

Главная задача транспортного уровня – управление трафиком в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приёме информации).

Определяет качество сервиса, которое требуется обеспечить посредством сетевого уровня, включая обнаружение и устранение ошибок.

Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является единицей информации, управляемой сетью. Выше этой границы в качестве единицы информации рассматривается только сообщение. Этот уровень обеспечивает также сквозную отчётность в сети.

5. Сетевой уровень

Главные его функции состоят в маршрутизации и буферизации, он прокладывает путь от отправителя к получателю через всю сеть. Протоколы верхних уровней выдают запросы на передачу пакетов из одной компьютерной системы в другую, а сетевой ypoвeнь обеспечивает практическую реализацию механизма этой передачи.

Сетевой и транспортный уровни в некоторой степени дублируют друг друга, особенно в плане функций управления потоком данных и контроля ошибок. Главная причина такого дублирования заключается в существовании двух вариантов связи – с установлением соединения и без установления соединения. Эти варианты связи базируются на разных предположениях относительно надёжности сети.

В сети с установлением соединения, работающей аналогично обычной телефонной системе, после установления соединения происходит обычный обмен информацией между взаимодействующими абонентами, причём абоненты не обязаны завершать каждое заявление своим именем, именем вызываемого партнера и его адресом, так как считается, что связь надёжна и информация доставляется без искажений. В такой сети адрес получателя необходим лишь при установлении соединения, а в самих пакетах он не нужен.

Сетевой уровень отвечает за контроль ошибок и управление потоком данных, в его функции входит также сборка пакетов на приёмной стороне.

В сети без установления соединения сетевой сервис, наоборот, предполагает, что контроль ошибок и управление потоком осуществляются на транспортном уровне. Поскольку пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению, могут передаваться по разным маршрутам и поступать к адресату в разное время, адрес получателя необходимо указывать в каждом пакете. Указывается также порядковый номер пакета в сообщении, так как соблюдение очерёдности приёма пакетов не гарантируется.

6. Канальный уровень

Определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Его главные функции: управление доступом к передающей среде (т. е. реализация выбранного метода доступа к общесетевым ресурсам) и управление передачей данных по информационному каналу, включающее генерацию стартового сигнала и организацию начала передачи информации, передачу информации по каналу, проверку получаемой информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта, генерацию сигнала окончания передачи и перевод канала в пассивное состояние.

В обязанности канального уровня входит также приём пакетов, поступающих с сетевого уровня, и подготовка пакетов к передаче путём укладывания их в кадры, которые являются контейнерами для пакетов.

Принимая информацию с физического уровня в виде потока битов, канальный уровень должен определять, где начинается и где заканчивается передаваемый блок, обнаруживать ошибки передачи. В случае обнаружения ошибки oсyществляется инициализация соответствующих действий по восстановлению информации (характер этих действий определяется реализуемым методом защиты от ошибок).

Канальный и физический уровни определяют характеристики физического канала и процедуру передачи по нему кадров.

7. Физический уровень

Непосредственно связан с каналом передачи данных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляется установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействий компьютера с коммуникационной подсетью.

Физический уровень наименее противоречивый, его функции реализованы только аппаратными средствами, причём на аппаратуру разработаны и вошли в обиход международные стандарты.

Для физического уровня определён подробный список рекомендованных к использованию соединений. Он может обеспечивать как асинхронный, так и синхронный режим передачи информации.

На физическом уровне определяются такие важнейшие компоненты сети, как тип коаксиального кабеля, витой пары, волоконно-оптического кабеля, применяемых в ЛКС. На этом же уровне определяется схема кодирования для представления двоичных значений при передаче по каналу связи и обеспечения синхронизации сигналов (синхронизации работы генераторов тактовых импульсов передающей и приёмной стороны).