Лекция № 10 Модель взаимодействия открытых систем

Управление таким сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, как передача и обработка данных в разветвленной сети, требует формализации и стандартизации процедур:

-выделения и освобождения ресурсов компьютеров и системы телекоммуникации;

-установления и разъединения соединений;

-маршрутизации, согласования, преобразования и передачи данных;

-контроля правильности передачи; -исправления ошибок и т. д.

Необходимость стандартизации протоколов важна и для понимания сетями друг друга при их взаимодействии.

Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов, регла­ментирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол — это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислитель­ной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодей­ствия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Реализацией протокольных процедур обычно управляют специ­альные программы, реже аппаратные средства.

Протоколы для сетей — то же самое, что язык для людей. Говоря на разных язы­ках, люди могут не понимать друг друга, — также и сети, использующие разные протоколы. Но и внутри сети протоколы обеспечивают разные варианты обраще­ния с информацией, разные виды сервиса при работе с ней. От эффективности этих сервисов, их надежности, простоты, удобства и распространенности зависит то, насколько эффективна и удобна вообще работа человека в сети. Международной организацией по стандартизации (ISO — International Organisa­tion for Standardization) разработана система стандартных протоколов, получившая название модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnec­tion — OSI), часто называемая также эталонной семиуровневой логической моделью открытых систем.

Открытая система — система, доступная для взаимодействия с другими система­ми в соответствии с принятыми стандартами.

Эта система протоколов базируется на технологии «разделяй и властвуй», то есть на разделении всех процедур взаимодействия на отдельные мелкие функциональ­ные уровни, для каждого из которых легче создать стандартные алгоритмы их по­строения.

Модель OSI представляет собой самые общие рекомендации для построения стан­дартов совместимых сетевых программных продуктов, она же служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования, то есть эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей. В настоящее время модель взаимодействия открытых систем является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель регламентирует общие функции, а не специальные решения, поэтому ре­альные сети имеют достаточно пространства для маневра. Итак, для упорядоче­ния функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функцио­нальные уровни. В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней (табл. 6).

Таблица 6. Уровни управления модели OSI

Кратко поясним назначение протоколов OSI

Прикладной уровень (application) — управление терминалами сети и прикладны­ми процессами, которые являются источниками и потребителями информации, передаваемой в сети. Ведает запуском программ пользователя, их выполнением, вводом-выводом данных, управлением терминалами, административным управлением сетью. На этом уровне обеспечивается предоставление пользователям раз­личных услуг, связанных с запуском его программ, начиная от простой передачи данных и до формирования технологии виртуальной реальности. На этом уровне функционируют технологии, являющиеся как бы надстройкой над инфраструктурой собственно передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в среде Всемирной информационной пау­тины и т. д.

Уровень представления (presentation) - интерпретация и преобразование пере­даваемых в сети данных к виду, удобному для прикладных процессов. Обеспечи­вает представление данных в согласованных форматах и синтаксисе, трансляцию и интерпретацию программ с разных языков, шифрование данных. На практике многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому про­токолы уровня представлений не получили развития и во многих сетях практи­чески не используются.

Сеансовый уровень (session) - организация и проведение сеансов связи между прикладными процессами (инициализация и поддержание сеанса между абонен­тами сети, управление очередностью и режимами передачи данных: симплекс, полудуплекс, дуплекс, например). Многие функции этого уровня в части установле­ния соединения и поддержания упорядоченного обмена данными на практике реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня име­ют ограниченное применение.

Транспортный уровень (transport) - управление сегментированием данных (сег­мент - блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспорти­ровкой) данных от источника к потребителю (обмен управляющей информацией и установление между абонентами логического канала, обеспечение качества пе­редачи данных). На этом уровне оптимизируется использование услуг, предостав­ляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной спо­собности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Большое внимание на этом уровне уделено контролю достоверности передаваемой информации.

Сетевой уровень (network) — управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация: каналов, сообщений, пакетов и мультиплексирование). На этом уровне реализуется главная телеком­муникационная функция сетей - обеспечение связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне выполняется структуризация данных - разбивка их на пакеты и присвое­ние пакетам сетевых адресов (пакет — блок данных сетевого уровня).

Канальный уровень (data-link) - формирование и управление физическим ка­налом передачи данных между объектами сетевого уровня (установление, поддер­жание и разъединение логических каналов), обеспечение прозрачности (кодоне­зависимое™) физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи). Протоколы этого уровня весьма многочисленны и существенно отличаются друг от друга своими функциональными возможностями. На этом уровне действуют, например, протоколы доступа к моноканалу. Управление выполняется на уровне кадров (кадр — блок данных на канальном уровне).

Физический уровень (physical) - установление, поддержание и расторжение со­единений с физическим каналом сети (обеспечение нужными физическими реквизитами подключения к физическому каналу). Управление выполняется на уровне битов цифровых (импульсы, их амплитуда, форма) и аналоговых (амплитуда, частота, фаза непрерывного сигнала).

Блоки информации, передаваемые между уровнями, имеют стандартный формат: заголовок (header), служебная информация, данные, концевик.

Каждый уровень при передаче блока информации нижестоящему уровню снабжает его своим заголовком. Заголовок вышестоящего уровня воспринимается нижестоящим, как пе­редаваемые данные. На рис. 25 показана структура передачи данных модели OS1 с добавленными заголовками.

Рис. 25 Структура передачи данных модели OSI

Средства каждого уровня отрабатывают протокол своего уровня и интерфейсы с соседними уровнями. Нижестоящие уровни обеспечивают возможность функционирования вышестоящих; при этом каждый уровень имеет интерфейс только с со­седними уровнями и на каждом уровне управления оговаривается:

• спецификация услуг (что делает уровень?);

• спецификация протоколов (как это делается?).

Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Указанные уровни управления можно по разным признакам объединять в группы:

-уровни 1, 2 и частично 3 реализуются в большей части за счет аппаратных средств; верхние уровни с 4 по 7 и частично 3 обеспечиваются программными средствами;

-уровни 1 и 2 обслуживают абонентскую подсеть, уровни 3 и 4 коммуникационную подсеть, уровни 5-7 обслуживают прикладные процессы, выполняемые в сети;

-уровни 1 и 2 ответственны за физические соединения; уровни 3-6 заняты opганизацией передачи, передачей и преобразованием информации и попятную для абонентской аппаратуры форму; уровень 7 обеспечивает выполнение приклад­ных программ пользователя.

Стеки протоколов наиболее распространенных сетей — сети Х.25, глобальной сети Интернет и локальной вычислительной сети Novell Net Ware — показаны на рис. 26.

Рис. 26. Стеки протоколов