Причины создания модели взаимодействия открытых систем. Модель взаимодействия открытых систем (OSI)

Рассмотрим следующую линейную модель измерения, которая часто достаточно точно отражает процесс измерения сигналов в процессах контроля состояния объекта:

где X- вектор состояния объекта размерности m´1, R - матрица измерения размерности N´m, H - вектор погрешностей измерений размерности N´1, Y- вектор результатов измерений размерности N´1. Рассматривается двуальтернативный случай контроля работоспособности объекта. В этом случае вектор состояния объекта контроля X может относиться либо к области допустимых значений g 0 либо к области недопустимых значений g 1 . При этом выполняются следующие условия: Будем предполагать, что известны законы распределения векторов X и H. Поставим задачу определить байесово правило решение, которое обеспечит минимальный средний риск классификации сигналов X по результатам наблюдений Y.

С позиций теории статистических решений задача сводится к определению оптимального правила решения r · , которое минимизирует или обеспечивает нижнюю границу среднего риска R(r,h)

, (3.47)

где h(x)-априорное распределение вектора X, -байесов риск, соответствующий оптимальному правилу решения . Оптимальное правило решения сводится к оптимальному разбиению пространства F значений векторов Y или пространства W оптимальных оценок вектора X на две области G 0 -допустимых значений и G 1 -недопустимых значений, обеспечивающих минимальное значение среднего риска. При этом должны выполняться следующие условия:

Оптимальное правило решения определяет границу между G 0 и G 1 .

С позиций теории статистических решений в данном случае целесообразно использовать оптимальный алгоритм, определяемый следующими соотношениями:

если < k принимается решение z = 0, (3.48)

если ³ k принимается решение z = 1, (3.49)

где отношение апостериорных вероятностей будет равно

,

k-порог, который определяется следующим соотношением

l ij - функция потерь, соответствующая i-му истинному состоянию объекта контроля и j-м решению, принимаемом о состоянии объекта по результатам измерений Y, i, j= 0,1.

Вид порога определяет критерий оптимальности. Если положить

l 10 = l 01 = 1,

l 00 = l 11 = 0,

то в этом случае будет выбран критерий Котельникова (идеального наблюдателя). В этом случае минимизируется сумма двух ошибок - риска заказчика и риска изготовителя:

. (3.50)

Если положить l 00 = l 11 = 0, l 01 = 1, l 10 =1+l/p 1 , где неопределённый множитель Лагранжа l определяется условия заданного ограничения , то получим критерий Неймана-Пирсона (β задано, α минимизируется)

Инверсный критерий Неймана-Пирсона (a задано, b минимизируется) определяется из следующего выражения:

Основной недостаток оптимального метода решения рассматриваемой задачи заключается в сложности получаемых алгоритмов классификации состояний объекта контроля. Граница между областями G 0 и G 1 имеет очень сложный вид. Поэтому на практике часто используется квазиоптимальный способ оценки состояния объекта контроля.

Пример . Получим оптимальное правило контроля состояния объекта при нормальных законах распределения параметров состояния h(x ) и погрешностей измерения f(y/x).

Будем предполагать, что контроль состояния объекта производится на интервале времени, в течении которого значения параметров объекта и погрешностей измерения H заметно не изменяются, т.е. X и H - векторы а не случайные векторные процессы.

Таким образом, априорная плотность распределения вектора состояния имеет следующий вид:

где математическое ожидание m x размерности m´1 и корреляционная матрица K x размерности m´m вектора X известны и матрица K x является невырожденной.

Условная плотность распределения f(y/x) вектора погрешностей измерения H является также нормальной и имеет следующий вид:

F(y/x)= , (3.54)

где корреляционная матрица K H размерности N´N вектора погрешностей измерения H известна и является невырожденной, математическое ожидание вектора H m H =0.

Тогда можно определить в следующем виде:

,(3.55)

где - оптимальная оценка вектора X по критерию минимума среднего квадрата ошибки оценки при получении вектора измерений Y; - корреляционная матрица ошибок оптимальных несмещенных оценок вектора X.

В соотношение (3.55) входит плотность распределения

Которую с учётом введения обозначения , где -ошибка оптимальной оценки вектора X, можно рассматривать как плотность вероятности оптимальной ошибки оценки:

Отсюда следует, что отношение апостериорных вероятностей в данном случае определяется при фиксированном значении вектора y отношением вероятности попадания ошибки оценки в соответственно области и . Используя соотношения (3.48) и (3.49) определим алгоритм принятия решения процесса контроля.

Предположим, что все контролируемые параметры являются независимыми между собой и от погрешностей измерений, что часто выполняется на практике, так как контролируемые параметры выбираются таким образом, чтобы при данном объёме обеспечить максимальную информацию о состоянии объекта. Будем считать, что все погрешности измерений различных параметров также взаимонезависимы. Пусть m x =0, W 0 k =A В k -A Н k , W 1 k =(¥¸A В k , A Н k ¸-¥), A В k =- A Н k , где A В k -верхняя граница допуска на k-ый параметр, A Н k -нижняя граница допуска на k-ый параметр)

Рис.3.2 Поле допустимых и недопустимых значений k-го параметра состояния объекта

В этом случае отношение апостериорных вероятностей примет следующий вид:

.(3.57

Используем табличный интеграл ошибок . Тогда отношение апостериорных вероятностей можно представить в следующем виде:

(3.58)

Подставляя соотношение (3.58) в выражение (3.48) и (3.49), определим оптимальный алгоритм принятия решений о состоянии объекта контроля для исследуемой ситуации. При получении результата измерения y необходимо получить оптимальную оценку вектора x и затем вычислить отношение апостериорных вероятностей и сравнить с порогом k, значение которого определяется критерием оптимизации, в результате получим оптимальное решение при выборе класса состояний объекта контроля.

Рассмотрим частный случай, пусть m = 1, тогда

. (3.59)

Выберем критерий Котельникова, которому соответствует значение порога = 1. В этом случае неравенство (3.59) можно привести к следующему виду:

. (3.60)

Алгоритм решения сводится к получению двух интегралов вероятности, нахождению их разности и сравнению с ½.

Исследуем данный алгоритм контроля однопараметрического объекта учитывая, что функция F обладает следующими свойствами:

Если аргумент равен нулю, то функция F равна нулю;

Если аргумент равен , то функция F равна единице;

Функция F нечетная;

Если аргумент равен 3, то функция F близка к единице.

Зависимости интегралов вероятности и их разности, определяемой левой частью неравенства (3.60), от изменения значений оптимальной оценки параметра X приведены на рисунке (3.3).

Рис.3.3 Зависимость разности двух интегралов вероятности от значений оптимальной оценки параметра состояния X

Как видно из рисунка границы допуска в общем случае не совпадают с значениями оценок , определяемых пересечениями зависимости разности двух интегралов вероятности с прямой, параллельной оси абсцисс и отстоящей от неё на расстоянии, определяемом значением ½. Таким образом, если перейти от оптимального алгоритма контроля к квазиоптимальному, определяемому сравнением значения оптимальной оценки с верхним и нижним значениями оценок, определяемых пересечением зависимостью разности двух интегралов вероятности со значением 1/2, то при принятии решения о состоянии объекта возникнет методическая ошибка. Величина этой ошибки будет тем меньше чем больше отношение поля допуска к среднеквадратическому значению ошибки оптимальной оценки. При часто выполняющихся значениях этого отношения 18 и больше (так как обычно , , где s x -среднеквадратическое значение параметра объекта) можно пренебречь влиянием методической ошибки на достоверность принимаемого решения. При этом контрольное поле допуска обычно незначительно превосходит контролируемое поле допуска g 0 =(A В -A Н). Полученный квазиоптимальный алгоритм контроля состояния объекта значительно проще оптимального алгоритма и сводится к сравнению полученной оптимальной оценки с верхнй и нижней границами контрольного поля допуска. При этом если значение оценки попадает в контрольное поле допуска принимается решение, объект работоспособен и в альтернативном случае – неработоспособен. и достоверности) и оптимальной фильтрации сигналов,

2. использовать комплексную обработку информации путём увеличения числа каналов и оптимальной обработки многомерных сигналов,

3. использовать измерители с некоррелированными погрешностями или измерители, у которых погрешности имеют отрицательный коэффициент корреляции

4.использовать оптимальные методы принятия решений о состоянии объекта контроля,

5. осуществить оптимальный выбор контрольных полей допусков при использовании квазиоптимального способа принятия решения о состоянии объекта контроля.

Понятие процесс(process) введено разработчиками ОС с 60-х годов, как программа во время выполнения. Заметим, что программа - это всего лишь файл в формате загрузки, сохраняемый на диске, а процесс расположен в памяти на этапе выполнения.

Состояния процесса

Для процесса характерен ряд дискретных состояний, причем смену этих состояний могут вызывать различные события. Первоначально ограничимся рассмотрением трех основных состояний процесса.

Процесс находится в состоянии выполнения, если в данный момент ему выделен центральный процессор (ЦП).

Процесс находится в состоянии готовности, если он мог бы сразу использовать центральный процессор, предоставленный в его распоряжение.

Процесс находится в состоянии блокировки, если он ожидает некоторого события, чтобы получить возможность продолжать выполнение.

Заметим, что в однопроцессорной машине в состоянии выполнения может в каждый конкретный момент времени находится только один процесс. В состояниях же готовности и блокировки могут находиться несколько процессов, т.е. есть возможность создать список готовых и список заблокированных процессов.

Список готовых процессов упорядочен по приоритету, первым в распоряжение получает ЦП первый процесс из списка. При создании списка готовых процессов, каждый новый процесс помещается в конец списка, а по мере завершения выполнения предыдущих процессов продвигается в головную часть списка. Список же заблокированных процессов не упорядочен, т.к. разблокировка процессов осуществляется в том порядке, в котором происходят ожидаемые ими события.

Запуск, или выбор процесса для выполнения - это предоставление ЦП первому процессу из списка готовых процессов. Запуск осуществляется с помощью программы - диспетчер. Обозначим такую смену состояний следующим образом: операционная система linux

Для предотвращения монопольного захвата ресурсов ЦП одним процессом, ОС устанавливает в специальном таймере прерываний определенный временной интервал, который отводится для данного процесса, по истечении кванта времени, таймер вырабатывает сигнал прерывания, по которому управление передается ОС и процесс переводится из состояния выполнения в состояние готовности, а первый процесс из списка готовых - в состояние выполнения.

Блокирование процесса - это освобождение ЦП процессом до истечения отведенного ему кванта времени, т.е. когда выполняющийся процесс инициирует, например, операцию ввода-вывода, и, таким образом, добровольно освобождает ЦП в ожидании завершения указанной операции.

Пробуждение процесса осуществляется тогда, когда происходит какое-либо событие, ожидаемое процессом, и он переходит из состояния блокировки в состояние готовности. Так в выше описанном случае, после завершения операции ввода-вывода.

Итак, мы определили четыре возможные смены состояния процесса.

Отметим, что единственная смена состояния, инициируемая самим процессом - это блокирование, остальные инициируются объектами, внешними по отношению к данному процессу.

Операции над процессами

Системы, управляющие процессами, должны иметь возможность выполнять над ними ряд операций.

Создание процесса. операционная система linux

Создание процесса включает присвоение имени процессу; включение его имени в список имен процессов; определение начального приоритета процесса; формирование блока управления процессом РСВ; выделение процессу начальных ресурсов.

Процесс может породить новый процесс и в этом случае, первый будет называться родительским, а второй дочерним процессом, причем у одного родительского процесса может быть несколько дочерних, а у дочернего только один родительский. Таким образом, создается иерархическая структура процессов.

ОС UNIX, являясь в своей основе средством управления процессами, сама по себе может рассматриваться как система параллельных взаимодействий процессов с древовидной структурой. Общий прародитель всех процессов в ОС UNIX - процесс init, находится в вершине генеалогического дерева, этот процесс постоянно присутствует в системе, все другие процессы порождаются по унифицированной схеме с помощью системного вызова fork().

Каждому созданному процессу UNIX назначает уникальный идентификатор процесса - PID , который идентифицирует процесс для ОС. Кроме того, каждый процесс имеет еще PPID (parent process), который представляет собой не что иное как PID его родителя.

Используя в UNIX команду ps можно видеть идентификаторы текущих процессов в системе.

Уничтожение процесса.

При уничтожении процесса, ресурсы ему выделенные передаются системе, имя из любых списков и таблиц удаляется, а блок управления процессом освобождается.

Приостановка процесса.

Приостановленный процесс может продолжить свое выполнение тогда, когда его активизирует какой-либо другой процесс.

Возобновление процесса.

Операция подготовки процесса к повторному запуску с той точки, в которой он был приостановлен, называется - возобновлением.

Изменение приоритета процесса.

Эта операция означает модификацию значения приоритета процесса в РСВ.

Кроме того, используются операции блокирования, пробуждения и запуска процесса.

С учетом введенных понятий приостановки и возобновления процесса картина смены состояний процесса, приведенная на рис.1 может быть несколько дополнена.

Процессы изменения технического работоспособного состояния объектов в принципе представляют собой процессы старения и деградации, приводящие к отказу изделия.

Причины изменения технического состояния объектов:

а) конструктивные (несовершенство конструкций изделий);

б) технологические (нарушение принятой технологии изготовления или ввиду ее неоптимальности);

в) эксплуатационные (нарушение правил эксплуатации);

г) старение и износ, приводящие к тому, что даже изделия высокого качества (с хорошими конструкцией и технологией, правильной эксплуатацией) отказывают с течением времени.

По характеру протекания процессы деградации можно разбить на две группы:

1) вызывающие внезапное (катастрофическое) изменение технического состояния вследствие резкого изменения условий протекания физических процессов в изделии, приводящего к скачкообразному изменению характеристик объектов (поломки от перегрузок, заедания, из-за погрешностей изготовления, ошибок обслуживающего персонала, сбоя системы управления и т. п.);

2) процессы, приводящие к постепенному изменению состояния (т. е. деградационные изменения в материалах (изделиях) с течением времени накапливаются и приводят к дрейфу параметров и потере работоспособности), износ, старение, коррозия, усталость и т. д.

В общем случае процесс изменения состояния машины можно представить в виде

где - вектор - функция от t; составляющая (кси) характеризует в машине необратимые изменения; (эта) - обратимые изменения; - погрешность измерительных цепей.

Составляющая определяет (тенденцию) «тренд» или закономерность постепенного изменения процесса, в большей степени детерминированную его часть, а и характеризуют стохастическую часть процесса.

Для простоты описания и можно их объединить и получить выражение:

Таким образом, деградационные процессы, по причине возникновения, могут быть детерминированными (закономерными, характеризующими постоянные отказы) и стохастическими (случайными).

В настоящее время существует пакет прикладных программ, реализующих алгоритмы прогнозирования деградационных процессов и микропроцессорные устройства для осуществления прогнозирования.

Системы диагностирования

Современные системы мониторинга позволяют уже не только контролировать величины параметров, сравнивая их с пороговыми значениями, и выявлять тенденции их изменения во времени, но и прогнозировать время , когда они достигнут пороговых значений.

Проблемы пользователя систем мониторинга связаны с необходимостью расшифровывать, оценивать, интерпретировать обнаруживаемые и прогнозируемые изменения состояния. Естественной границей, разделяющей системы мониторинга и диагностики, мог бы быть этап деления обнаруженных изменений на две группы, а именно, обратимые (т.е. изменение условий работы машины) и необратимые (дефекты). К сожалению, ни одна из систем мониторинга не решает полностью задачу такого деления. Поэтому системы диагностики должны вступать в действие до того, как обнаруженные системой мониторинга изменения будут разделены на группы обратимых и необратимых. В связи с этим, одной из основных характеристик систем диагностики следует считать глубину ее интеграции в систему мониторинга (т. е. стремятся т. о. повысить эффективность процесса систем диагностирования в целом).

Структура системы диагностирования

В общем случае система диагностирования состоит из 3-х элементов: объекта диагностирования (ОД), технических средств диагностирования (ТСД) и оператора (Оп).

Объект в системе диагностирования рассматривают как единое целое или как совокупность структурных единиц, объединенных связями (в том случае, если требуется диагностика отдельных частей объекта в различные моменты времени).

Для проведения функционального диагностирования и мониторинга используют ТСД, основой которого являются средства съема и обработки информации о состоянии объекта. Для осуществления тестового диагностирования в состав ТСД вводят средства, формирующие и стимулирующие тестовые воздействия, подаваемые на объект (по которым оценивают состояние машины, объекта). К ТСД помимо специальных устройств, различных датчиков относят также программные средства.

В самом общем случае оператор (человек) в СД выполняет следующие функции:

Воспринимает информацию о ходе диагностирования;

Осуществляет анализ поступившей информации;

В соответствии с результатами анализа принимает решение, формирует и выдает команды в СД.

Основными средствами приема информации у Оп являются зрение (~80% информации)и слух (~15%).

Важнейшей характеристикой систем диагностики является необходимая степень подготовки оператора. По объему требуемой от оператора диагностической подготовки системы могут быть разделены на три группы.

Первая группа – профессиональные системы диагностики , в которых оператор самостоятельно выбирает информационную технологию (т. е. технологию, методы получения диагностической информации) и средства измерения. Знания и опыт оператора-эксперта при использовании подобной системы полностью определяют глубину и достоверность диагноза и прогноза.

Вторая группа – экспертные системы диагностики , включающие в себя экспертные программы, содержащие ответы на типовые запросы оператора, т. е. помогающие оператору принимать решение в определенных ситуациях. Экспертные системы могут применяться операторами, имеющими специальную подготовку, но не обладающими знаниями и опытом экспертов-профессионалов.

Третья группа – системы автоматического диагностирования . Они строятся по методам, позволяющим автоматизировать постановку диагноза, формируя для оператора программу измерений, и не требуя от пользователя специальной подготовки. Время обучения оператора работе с такими диагностическими системами не превышает двух-трех дней. В настоящее время системы автоматического диагностирования получают широкое распространение, непрерывно расширяя номенклатуру диагностируемых машин и оборудования.

В зависимости от задач, решаемых в процессе диагностирования, характера использования и эксплуатации, а также конструктивных особенностей ОД элементы в системе диагностирования могут иметь различные связи или, иначе говоря, иметь различную структуру. Наиболее простую структуру имеет СД (рис.), предназначенная для функционального диагностирования.

восприятие

Входной выходной

функционирует

Х 0 – входные воздействия, поступающие на функционирующий ОД;

У 0 – реакция ОД на входные воздействия.

С рабочего или контрольных выходов ОД на ТСД поступают сигналы, несущие информацию о качестве продукции или выполнения ОД своих функций. Оп воспринимает с ТСД информацию о состоянии объекта и воздействует на ТСД, уточняя диагноз (проверяет, повторяет измерения). Характерная особенность этой СД – отсутствие связей Оп с объектом и односторонняя связь ТСД с ОД. Такой тип структуры применяют в том случае, когда необходимо оценить состояние объекта, правильное функционирование (работоспособное или неработоспособное) в процессе выполнения поставленных перед ним задач. Оператор принимает решение о дальнейшем использовании объекта без вмешательства в его рабочие функции.

х

В сегодняшней статье я хочу вернуться к основам, и расскажу о модели взаимодействия открытых систем OSI . Данный материал будет полезен начинающим системным администраторам и всем тем, кто интересуется построением компьютерных сетей.

Все составляющие сети, начиная со среды передачи данных и заканчивая оборудованием, функционируют и взаимодействуют друг с другом согласно своду правил, которые описаны в так называемой модели взаимодействия открытых систем .

Модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection) разработана международной организацией по стандартам ISO (Inernational Standarts Organization).

Согласно модели OSI, данные, передаваемые от источника к адресату, проходят семь уровней . На каждом уровне выполняется определенная задача, что в итоге не только гарантирует доставку данных в конечный пункт, но и делает их передачу независимой от применяемых для этого средств. Таким образом, достигается совместимость между сетями с разными топологиями и сетевым оборудованием.

Разделение всех сетевых средств по уровням упрощает их разработку и применение. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает. Первые три уровня модели OSI (физический, канальный, сетевой ) тесно связаны с сетью и используемым сетевым оборудованием. Последние три уровня (сеансовый, уровень представления данных, прикладной ) реализуются средствами операционной системы и прикладных программ. Транспортный уровень выступает в качестве посредника между этими двумя группами.

Перед пересылкой через сеть, данные разбиваются на пакеты , т.е. порции информации, организованные определенным образом, чтобы они были понятны принимающим и передающим устройствам. При отправке данных пакет последовательно обрабатывается средствами всех уровней модели OSI, начиная с прикладного и заканчивая физическим. На каждом уровне к пакету добавляется управляющая информация данного уровня (называемая заголовком пакета ), которая необходима для успешной передачи данных по сети.

В результате это сетевое послание начинает напоминать многослойный бутерброд, который должен быть “съедобным” для получившего его компьютера. Для этого необходимо придерживаться определенных правил обмена данными между сетевыми компьютерами. Такие правила получили названия протоколов .

На принимающей стороне пакет проходит обработку средствами всех уровней модели OSI в обратном порядке, начиная с физического и заканчивая прикладным. На каждом уровне соответствующие средства, руководствуясь протоколом уровня, читают информацию пакета, затем удаляют информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передают пакет средствами следующего уровня. Когда пакет дойдет до прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из пакета, и данные примут свой первоначальный вид.

Теперь рассмотрим работу каждого уровня модели OSI подробнее:

Физический уровень – самый нижний, за ним находится непосредственно канал связи, через который осуществляется передача информации. Он участвует в организации связи, учитывая особенности среды передачи данных. Так, он содержит все сведения о среде передачи данных: уровень и частоту сигнала, наличие помех, уровень затухания сигнала, сопротивление канала и т.д. Кроме того, именно он отвечает за передачу потока информации и преобразование ее в соответствии с существующими методами кодирования. Работа физического уровня изначально возлагается на сетевое оборудование.
Стоит отметить, что именно с помощью физического уровня определяется проводная и беспроводная сеть. В первом случае в качестве физической среды используется кабель, во втором – любой вид беспроводной связи, например радиоволны или инфракрасное излучение.

Канальный уровень выполняет самую сложную задачу – обеспечивает гарантированную передачу данных с помощью алгоритмов физического уровня и проверяет корректность полученных данных.

Прежде чем инициировать передачу данных, определяется доступность канала их передачи. Информация передается блоками, которые носят название кадров , или фреймов . Каждый такой кадр снабжается последовательностью бит в конце и начале блока, а также дополняется контрольной суммой. При приеме такого блока на канальный уровень получатель должен проверить целостность блока и сравнить принятую контрольную сумму с контрольной суммой, идущей в его составе. Если они совпадают, данные считаются корректными, иначе фиксируется ошибка и требуется повторная передача. В любом случае отправителю отсылается сигнал с результатом выполнения операции, и так происходит с каждым кадром. Таким образом, вторая важная задача канального уровня – проверка корректности данных.

Канальный уровень может реализовываться как аппаратно (например, с помощью коммутаторов), так и с помощью программного обеспечения (например, драйвера сетевого адаптера).

Сетевой уровень необходим для выполнения работы по передаче данных с предварительным определением оптимального пути движения пакетов. Поскольку сеть может состоять из сегментов с разными топологиями, главная задача сетевого уровня – определить кратчайший путь, попутно преобразовывая логические адреса и имена сетевых устройств в их физическое представление. Этот процесс носит название маршрутизации , и важность его трудно переоценить. Обладая схемой маршрутизации, которая постоянно обновляется в связи с возникновением разного рода “заторов” в сети, передача данных осуществляется в максимально короткие сроки и с максимальной скоростью.

Транспортный уровень используется для организации надежной передачи данных, которая исключает потерю информации, ее некорректность или дублирование. При этом контролируются соблюдение правильной последовательности при передаче-получении данных, деление их на более мелкие пакеты или объединение в более крупные для сохранения целостности информации.

Сеансовый уровень отвечает за создание, сопровождение и поддержание сеанса связи на время, необходимое для завершения передачи всего объема данных. Кроме того, он производит синхронизацию передачи пакетов, осуществляя проверку доставки и целостности пакета. В процессе передачи данных создаются специальные контрольные точки. Если при передаче-приеме произошел сбой, недостающие пакеты отправляются заново, начиная с ближайшей контрольной точки, что позволяет передать весь объем данных в максимально короткий срок, обеспечивая в целом хорошую скорость.

Уровень представления данных (или, как его еще называют, представительский уровень ) является промежуточным, его основная задача – преобразование данных из формата для передачи по сети в формат, понятный более высокому уровню, и наоборот. Кроме того, он отвечает за приведение данных к единому формату: когда информация передается между двумя абсолютно разными сетями с разным форматом данных, то прежде, чем их обработать, необходимо привести их к такому виду, который будет понятен как получателю, так и отправителю. Именно на этом уровне применяются алгоритмы шифрования и сжатия данных.

Прикладной уровень – последний и самый верхний в модели OSI. Отвечает за связь сети с пользователями – приложениями, которым требуется информация от сетевых служб всех уровней. С его помощью можно узнать все, что происходило в процессе передачи данных, а также информацию об ошибках, возникших в процессе их передачи. Кроме того, данный уровень обеспечивает работу всех внешних процессов, осуществляемых за счет доступа к сети – баз данных, почтовых клиентов, менеджеров загрузки файлов и т.д.

На просторах сети интернет я нашел картинку, на которой неизвестный автор представил сетевую модель OSI в виде бургера. Считаю, это очень запоминающийся образ. Если вдруг в какой-то ситуации (например, на собеседовании при устройстве на работу) вам понадобиться по памяти перечислить все семь уровней модели OSI в правильном порядке – просто вспомните данную картинку, и это вам поможет. Для удобства я перевел названия уровней с английского на русский язык:На сегодня это всё. В следующей статье я продолжу тему и расскажу про .

В процессе передачи данных от одного компьютера к другому можно выделить ряд различных задач. Сетевая операционная система при выполнении этих задач строго следует определенному набору процедур (определенным правилам). Эти процедуры называются протоколами. Они регламентируют каждую сетевую операцию: устанавливают порядок связи между компьютерами, порядок передачи данных, порядок обработки ошибок, порядок окончания сеанса связи и т.д. Стандартные протоколы позволяют программному и аппаратному обеспечению разных производителей нормально взаимодействовать. Существует два основных набора стандартов для этих целей: эталонная модель OSI и стандарты IEEE Project 802.

Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization - ISO) была разработана эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Open System Interconnection - OSI).

Примечание. Система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами, называется открытой системой.

Согласно модели OSI при рассмотрении архитектуры компьютерных сетей выделяют семь уровней взаимодействия. Каждый уровень обеспечивает определенный набор услуг для расположенного над ним уровня и выполняет для этого несколько операций, необходимых для доставки данных по сети на другой компьютер.

Прикладной уровень (7-й). На этом уровне пользователь с помощью прикладного программного обеспечения создает документ (сообщение, рисунок и т. д.). Услуги, которые обеспечивает прикладной уровень, поддерживают приложения пользователя. На этом уровне используют протоколы HTTP, FTP, SMTP.

Уровень представления данных (6-й). На компьютерах могут использоваться различные ОС (UNIX, OS/2, Windows и т.д.). Каждая из них имеет свою файловую систему, свои форматы хранения и обработки данных. Задача уровня представления данных заключается в том, чтобы при передаче данных преобразовать их в формат, который может использоваться и на другом компьютере. Этот уровень управляет также сжатием передаваемых данных.

Сеансовый уровень (5-й). Этот уровень определяет и контролирует диалог между сетевыми объектами, он позволяет двум приложениям разных компьютеров устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеансовый уровень управляет этим диалогом, а именно: устанавливает, какая из сторон, когда, как долго должна осуществлять передачу, восстанавливает соединение после сбоев во время сеанса связи и т.д. Не все существующие приложения используют сеансовый уровень, поэтому он не всегда реализуется в виде отдельных протоколов. В таких случаях функции этого уровня объединяются с функциями смежных уровней и реализуются в одном протоколе.

Транспортный уровень (4-й). На этом уровне данные принимаются от вышестоящего (сеансового) уровня и преобразуются в такую форму, в которой их положено передавать в сети. Например, они нарезаются на пакеты стандартного размера. На этом уровне используются, например, протоколы TCP и SPX.

Сетевой уровень (3-й). Сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Он отвечает за адресацию сообщений и осуществляет перевод логических адресов в физические. На этом уровне каждый пакет данных получает точный адрес, по которому он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов. Сетевой уровень позволяет объединять разнородные сети, использующие разные протоколы передачи данных. Примеры используемых протоколов: IP и IPX.

Уровень передачи данных (2-й). Уровень передачи данных (или канальный уровень, или уровень соединения) обеспечивает прием пакетов данных, поступающих с сетевого уровня; подготовку данных к передаче по каналам связи; генерацию стартового сигнала для передачи данных; проверку получаемых данных и исправление ошибок; генерацию сигнала для перевода канала передачи в пассивное состояние при окончании передачи. Эти функции выполняет сетевая карта или модем. Используемые протоколы: HDLC, X.25/3.

Физический уровень (1-й). Его основная задача - управление аппаратурой передачи данных. Этот уровень получает данные от канального уровня и преобразует их в электрические или оптические сигналы. На этом уровне происходит реальная передача данных. Физический уровень устанавливает длительность каждого бита и способ их преобразования в электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю. Данные здесь передаются в виде определенных сигналов. Восстановление документа из них произойдет постепенно, при передаче с нижнего на верхний уровень на компьютере получателя. Используемые протоколы: Х-21.

Разные уровни модели обмена данными в сети не взаимодействуют друг с другом напрямую. Они взаимодействуют через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные непрерывно преобразуются, "обрастают" дополнительными данными, которые потом анализируются протоколами соответствующих уровней на другом компьютере. Это создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.

Два нижних уровня модели OSI относятся к оборудованию (например, к сетевой плате) и кабелю. Для оборудования и кабелю, которые используется на этих уровнях, были разработаны специальные стандарты IEEE Project 802. Это набор стандартов для физических компонентов сети, которые используются на физическом и канальном уровнях модели OSI.