4.3. Модель osi

Оскільки основною функцією мережі є з'єднання між собою різного устаткування, проблема відкритості, зокрема, стандартизації, для мереж набуває особливого значення. У зв'язку з цим на початку 80-х років Міжнародною організацією зі стандартизації ISO (International Standardization Organization) спільно з рядом інших організацій була сформульована і прийнята модель взаємодії відкритих систем OSI (Open System Interconnection), яка зіграла і грає до цих пір важливу роль в розвитку мереж.

У моделі OSI було використано сім підзадач (рівнів), причому декомпозиція виконана таким чином, що взаємодія здійснюється тільки між сусідніми рівнями. Сім рівнів моделі OSI представлено в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 Еталонна модель OSI

Модель OSI не включає засоби взаємодії між собою прикладних програм, розташованих на різних комп'ютерах мережі, такі як, наприклад, DDE, ОРС або CORBA, а описує тільки засоби, що реалізовуються операційною системою, системними утилітами і апаратурою. Тому прикладний рівень не можна плутати з рівнем взаємодії додатків, який в модель OSI не входить.

Якщо додаток звертається із запитом до прикладного рівня, то на підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення, що складається із заголовка і поля даних, і передає його вниз, на рівень уявлення. Протокол рівня уявлення виконує необхідні дії, що містяться в заголовку прикладного рівня, і додає до повідомлення свою службову інформацію — заголовок представницького рівня, в якому містяться інструкції для відповідного рівня одержувача повідомлення. Сформоване таким чином повідомлення з вже двома заголовками передається вниз сеансовому рівню, який також додає до нього свій заголовок. Таким чином, дійшовши до фізичного рівня, повідомлення обростає сімома заголовками, після чого воно передається по мережі адресатові. Коли повідомлення досягне адресата, воно проходить весь стек протоколів в зворотному порядку, від фізичного рівня до прикладного. На кожному рівні виконуються відповідні функції, що містяться в заголовку кожного рівня.

Більшість рівнів моделі OSI мають сенс тільки в мережах з комутацією пакетів (а не каналів). Проте окремі її рівні і терміни використовуються практично у всіх мережах. Сеансовий рівень і рівень уявлення на практиці використовуються рідко, а мережевий рівень і канальний практично завжди і сильно переобтяжені.

Фізичний рівень. На фізичному рівні (Physical layer) відбувається передача даних по таких лініях зв'язку, як вита пара, коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель або радіоканал. Основна функція фізичного рівня — забезпечити прийом логічної одиниці (а не нуля) на стороні одержувача в тому випадку, якщо на стороні відправника передана одиниця. На фізичному рівні використовуються поняття: тривалість імпульсу і паузи, тривалість фронтів імпульсів, кількість проводів і цоколівки роз'ємів, захист від перешкод, хвилевий опір, смуга пропускання, кодування інформації, синхронізація, модуляція, визначення початку кадра, рівень логічної одиниці і логічного нуля.

Канальний рівень. На фізичному рівні не враховується, що канал передачі може бути зайнятий іншими пристроями, підключеними до мережі. Перевірка доступності каналу передачі здійснюється на канальному рівні (Data Link Layer). Канальний рівень розбиває передавані дані на кадри і виконує функції виявлення і корекції помилок за допомогою контрольної суми, що поміщається в початок або кінець кожного кадру. Кадр вважається отриманим, якщо контрольна сума, обчислена на стороні одержувача, співпадає з контрольною сумою, приписаною до переданого кадру. При виявленні помилки канальний рівень може виконати повторну передачу пошкодженого кадру. Функція виправлення помилок не є обов'язковою вимогою стандарту.

Мережевий рівень. Основне призначення мережевого рівня (Network Layer) — визначення маршрутів пересилки пакетів від джерела до приймача повідомлень. Маршрути можуть бути жорстко задані або мінятися динамічно залежно від поточної завантаженості мережі. Мережевий рівень відповідає також за об'єднання декількох різних мереж в єдину транспортну систему, причому ці мережі можуть використовувати різні принципи передачі повідомлень, методи адресації і володіти довільною структурою зв'язків.

Транспортний рівень. Транспортний рівень (Transport Layer) забезпечує доставку повідомлень з необхідним рівнем якості (надійності). У моделі OSI виділяють на вибір користувача п'ять класів сервісу, які відрізняються терміновістю доставки повідомлень, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, можливістю виявлення і виправлення помилок передачі (таких, як спотворення, втрата або дублювання пакетів).

На транспортному рівні виконується розбиття повідомлень сеансового рівня на пакети, їх нумерація, буферизація пакетів, що приймаються, впорядковування пакетів, що прибувають, управління потоками.

Сеансовий рівень. Сеансовий рівень (Session Layer) управляє діалогом (сеансом зв'язку): відстежує черговість передачі повідомлень учасниками мережі; вставляє мітки в довгі повідомлення, щоб у разі втрати зв'язку виконати повторну передачу тільки втраченої частини повідомлення; встановлює спосіб обміну (дуплексний або напівдуплексний).

Цей рівень рідко використовується на практиці, а його функції часто об'єднуються з функціями прикладного рівня.

Рівень уявлення (Presentation Layer) оперує з формою представлення передаваної по мережі інформації, не змінюючи її змісту. На цьому рівні може задаватися тип кодування символів (наприклад, ASCII або ANSI), може змінюватися синтаксис передаваних повідомлень, задаватися тип шифрування і дешифрування даних для забезпечення їх секретності. Прикладом такого протоколу є Secure Socket Layer (SSL), що забезпечує секретність повідомлень для протоколу TCP/IP.

Прикладним рівнем (Application Layer) є набір популярних протоколів, за допомогою яких здійснюється доступ до файлів (наприклад, за допомогою протоколу FTP) або веб-сторінок (за допомогою HTTP), до електронної пошти (SMTP).

Не дивлячись на те що модель OSI є загальновизнаним стандартом, вона дуже недосконала. Як ми побачимо далі, в промислових мережах використовуються тільки два або три рівні цієї моделі, і навіть мережа Ethernet не використовує рівні 5 і 6. Існують чотири причини, що пояснюють це:

• невчасність — модель OSI з'явилася надто пізно, коли почали з'являтися і швидко завоювали популярність протоколи TCP/IP, які не потребували рівнів 5 і 6 цієї моделі;

• погана технологія — вибір семирівневої структури був швидше політичним, ніж технічним. Еталонна модель OSI виявилася неймовірно складною;

• невдала реалізація — в результаті складності моделі і протоколів невдачу потерпіли всі фірми, які намагалися реалізувати цю модель;

• невдала політика — OSI вважався дітищем європейських телекомунікаційних міністерств і уряду США, і, хоча це було не зовсім вірно, думка про це не сприяла просуванню цієї моделі на тлі інтересу, що росте, до моделі TCP/IP, яка асоціювалася з популярною у той час операційною системою UNIX.

Проте, методологічно модель OSI дуже актуальна до цих пір і всі мережеві стандарти починають свій опис з вказівки відповідності між цією моделлю і конкретним стандартом.

Модель OSI буде використана нижче при розгляді ряду промислових мереж.

Лекція 5. Інтерфейси RS-485, RS-422 і RS-232

5.1. Принципи побудови

5.2. Узгодження лінії з передавачем і приймачем

5.3. Усунення стану невизначеності лінії

5.4. Топологія мережі на основі інтерфейсу RS-485

5.5. Крізні струми

5.6. Інтерфейси RS-232 і RS-422

Інтерфейси RS-485 і RS-422 описані в стандартах ANSI EIA/TIA485-A і EIA/TIA-422. Інтерфейс RS-485 є найбільш поширеним в промисловій автоматиці. Його використовують промислові мережі Modbus, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus і безліч нестандартних мереж. Зв'язано це з тим, що за всіма основними показниками даний інтерфейс є якнайкращим зі всіх можливих при сучасному рівні розвитку технології. Основними його перевагами є:

• двосторонній обмін даними всього по одній витій парі проводів;

• робота з декількома трансиверами, підключеними до однієї і тієї ж лінії, тобто можливість організації мережі;

• велика довжина лінії зв'язку;

• достатньо висока швидкість передачі.