В соответствии с ISO 7498 выделяются семь уровней (слоев) информационного взаимодействия:

7. Уровень приложения

6. Уровень представления

5. Уровень сессии

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.

Протоколом называется набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней.

Слои (уровни) одной информационной системы также взаимодействуют друг с другом, причем в непосредственном взаимодействии участвуют только соседние уровни. Как правило, средний уровень пользуется услугами, которые ему предоставляет нижний уровень, а сам, в свою очередь, предоставляет услуги для верхнего уровня.

Интерфейсом мы будем называть совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного уровня.

Иерархическая организация сетевого взаимодействия позволяет обеспечивать преемственность разработанных структур и их быструю адаптацию к изменениям, происходящим в технологиях передачи данных. Например, при переходе на новый способ передачи данных по физическому носителю, изменения коснуться только нижних уровней и совсем не затронут верхние в том случае, если система протоколов организована в соответствии с требованиями ISO 7498. На практике требования данного стандарта реализуются в виде стека протоколов.

Стеком называется иерархически организованная группа взаимодействующих протоколов.

Протоколы, которые входят в стек, имеют специализированный интерфейс и предназначены для взаимодействия только с протоколами соответствующих уровней данного стека. В качестве примеров таких стеков можно привести стек TCP/IP и протоколы X.25.

Уровни 7-5 считаются верхними и, как правило, не отражают специфики конкретной сети. Блок данных пользователя (сообщение) этими уровнями рассматривается как единое целое. Изменения могут испытывать только сами данные.

Уровни 1-3 и иногда 4 считаются нижними уровнями OSI. На каждом из этих уровней определяется свой формат представления данных. При прохождении по стеку с 4-го уровня до первого сообщение пользователя последовательно фрагментируется и преобразуется в последовательность блоков данных соответствующего уровня.

Процесс помещения фрагментированных блоков данных одного уровня в блоки данных другого уровня называют инкапсуляцией.

Обычно инкапсулируются данные протоколов верхних уровней в блоки данных протоколов нижних уровней (сетевой - канальный), но также может выполняться инкапсуляция для протоколов одноименных уровней (IP-X.25).

2 Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.

В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.