1.7. Стандарти інформаційно-обчислювальних мереж

Було б добре, якби всі комп'ютери, які використовують у мережах, були однотипні, а засоби зв'язку (комунікації) "розуміли" кожного з них і могли порозумітися між собою. Але насправді це не зовсім так. Низка проблем надзвичайно утруднює процес передавання даних, а саме:

розподіл функцій між хостами і комунікаційними пристроями;

різні фізичні засоби передавання даних;

різні режими роботи хостів: пакетний, діалоговий, передавання файлів тощо;

потреби в об'єднанні мереж.

Усе це потребує введення певних стандартів на інформаційно-обчислювальні мережі. Що ж стандартизувати: архітектуру хостів, фізичні засоби зв'язку? Ні. А от процес перетворення інформації від прикладного рівня до рівня передавання даних по інформаційних каналах, мабуть можна. Цим зайнялася в 1977 році Міжнародна організація стандартів (International Standards Organization, ISO).

Зрозуміло, що ввести загальний стандарт на всю зону взаємодії систем (під системою розуміємо обчислювальну машину, програмне забезпечення та штат операторів, здатний обробляти інформацію) важко. Тому цю зону розділяють на кілька (n) рівнів. Еталонна модель взаємодії відкритих інформаційних систем визначає сім рівнів, кожний з яких є достатньо автономним і виконує одне чітке завдання. В стандарті відкритої мережі блоки даних фіксуються в тому вигляді, у якому вони представляються на певному n-ному рівні. Сукупність правил і форматів, які визначають взаємодію об'єктів на n-рівні під час виконання ними всіх функцій цього рівня, називається n-протоколом. Протоколи і є одним з головних об'єктів стандартизації.

Протоколи мають три складові: синтаксис, семантику і синхронізацію.

Синтаксис протоколу визначає розміри полів протокольних блоків (наприклад, 16-байтне поле для адресів, 32-бітне поле для контрольних сум, 512 байт для даних).

Семантика протоколу надає цим полям значення (наприклад, якщо адресне поле складається з усіх адрес, то це так званий "широкосмуговий" пакет).

Складова синхронізація визначає швидкість передавання даних у бітах за секунду. Це важливо як на нижніх, так і на верхніх рівнях протоколів.

Модель OSI

Абонент-ська служба	7	Прикладний (Application)	Форми взаємодії прикладних процесів (керування терміналом, файлами, завданнями, системою, е-пошта)
	6	Відображення (Prezentation)	Рівень відображення даних (шифрування, стискання, кодові перетворення)
	5	Сеансовий (Session)	Організація та проведення діалогу (дуплекс, напівдуплекс, синхронізація передавання даних)
Транс-портна служба	4	Транспортний (Transport)	Надання наскрізних (прозорих) з'єднань (з контролем чи без)
	3	Мережний (Network)	Прокладання з'єднань між системами (мережна маршрутизація, комутація)
	2	Канальний (Data Link)	Передавання даних між суміжними системами (термінал і обладнання мережі)
	1	Фізичний (Physical)	Спряження систем з фізичними засобами з'єднань

Після публікації моделі взаємодії відкритих систем (OSI) Міжнародна організація стандартів розробила протоколи для семи рівнів цієї моделі. Як і під час розв'язування подібних інших задач такого масштабу, багато часу було витрачено на визначення й узгодження цих стандартів. Для прискорення цього процесу, а також для сприяння використанню протоколів OSI було схвалено також низку стандартів, розроблених Інститутом інженерів з електроніки і електротехніки (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) та Міжнародним Консультативним Комітетом з телеграфного і телефонного зв'язку (Comite Consultatif Internationale de Telegraphique et Telephonique, CCITT).

OSI-протоколи

Два нижні рівні — фізичний і канальний — стосуються стандартних типів ЛКМ, таких як CSMA/CD, Token Ring і Token Bus (про них мова піде пізніше). Фізичний рівень відповідає за тип фізичного середовища, тип передавання, метод кодування і швидкість передавання даних для різних типів мереж. Забезпечує як синхронну так і асинхронну (послідовну) роботу комп’ютерної мережі. [Є.Буров]. Для фізичного рівня визначений докладних список рекомендацій до вжитку з’єднань, напр.: 25-контактние розняття для порту RS-232, 34-контактне розняття для широкосмугового модема під протоколом V.35, коаксіальний кабель з хвильовим опором 50 Ом, скручена пара дротів для передавання даних на швидкості 10 Мбіт/с чи 100 Мбіт/с (екранована, неекранована) та ін.

Рівень 2 — канальний — складається з двох підрівнів. Нижній з них — керування засобами доступу (Media Access Control, MAC) — є частиною фізичного стандарту мережі. Специфіковані різні варіанти з такими стандартами як 802.3, 802.4 і 802.5. Вища секція рівня 2 — керування логічним зв'язком (Logical Link Control, LLC) — охоплюється стандартом IEEE 802.2. Фактично LLC було розроблено для забезпечення багатократного зв'язку між багатьма станціями ("багато з багатьма") в єдиній фізичній мережі. Ця частина стандарту стосується програмного забезпечення, хоча розміщена, як звичайно, в апаратній частині (наприклад, програми в мікросхемах (МС) постійної пам'яті (ROM) на ЛКМ-картах). Є два суттєво різних класи LLC.

Клас I є формою комунікації без попереднього налагодження логічного зв'язку. При ньому не налагоджується попередній логічний зв'язок (handshaking), немає підтверджень про прийом блоків даних, управління потоку та корекції помилок. Протокольні блоки даних канального рівня називають кадрами (frames). До сервісів на канальному рівні відносять різні види індикації, запити та відповіді про уведенні/виведення інформації.

Клас II здійснює протоколо-залежну комунікацію. Перед передаванням даних встановлюється логічний зв'язок між блоками керування логічним зв'язком. Цей логічний зв'язок забезпечує керування потоком даних та корекцію помилок. Через порівняно низький рівень помилок локальні мережі використовують, як звичайно клас І LLC. Клас II суттєво знижує ефективну пропускну здатність мережі внаслідок перевантаження її керуванням, підтвердженнями та корекцією помилок. Керування зв'язком переноситься в першому випадку на транспортний рівень (рівень 4) моделі OSI.

Для організації передавання даних у глобальних мережах на канальному рівні застосовують протокол HDLC (Higt-level Data Link Control), який забезпечує функціонування двопунктової системи.

Наступні два рівні — мережний і транспортний — також мають як безконтактні, так і контактно-орієнтовані протоколи. Загалом ці дві форми комунікації можна визначити так:

безконтактний протокол дає змогу передавати через мережу блоки даних (данограми). Попереднього контакту між передавальним та приймальним пристроями нема. Данограми можуть надходити у будь-якому порядку або навіть бути втраченими — безконтактного протоколу це не стосується;

контактно-залежний протокол потребує, щоб до початку передавання даних був налагоджений логічний зв'язок між передавальним та приймальним пристроями. Після цього послідовно передають дані. Про помилки сповіщається перед тим, як почне передаватися наступний блок даних.

Третій рівень — мережний — у локальних мережах як звичайно ґрунтується на контактно-незалежному протоколі керування мережею без налагодження логічного зв'язку (Connection Less Network Service, CLNS). Це не що інше, як мережна маршрутизація, тобто сполучення кількох станцій з проміжними вузлами опрацювання даних або локальної мережі з іншою мережею для передавання блоків даних, тобто пакетів. Перевага його є в тому, що завдяки низькому рівню помилок у локальних мережах не виникає перевантаження мережі, пов'язаного з налагодженням зв'язку та керуванням даними. У помилкових ситуаціях немає потреби у відновленні зв'язку, отже спрощується рестарт, зберігається час і збільшується пропускна здатність. Історично перші протоколи були розроблені для глобальних мереж, які є багато вузловими і ефективна маршрутизація є головною проблемою у їхній роботі. Розрізняють дві стратегії передавання пакетів: данограмну та віртуальних каналів. [Є.Буров]. Типові протоколи цього рівня – Х.25/3 і ІР (Internet Protocol).

Четвертий рівень — транспортний — у локальних мережах реалізований, як звичайно, на контактно-орієнтованому протоколі, який називається транспортним протоколом 4 (Transport Protocol 4, TP4). Він використовує всі можливості CLNS і просто порівнює дані під час їх отримання, упорядковує данограми, перевіряє їх на наявність помилок та, якщо потрібно, посилає запити на ретрансмісію (повторне передавання). У випадку використання цього методу зв'язком керують комп'ютери, які посилають чи отримують інформацію, але жодної службової інформації, призначеної для керування контактом (зв'язком), через мережу не передається, за винятком запитів на ретрансмісію, якщо є помилки, мінімізуючи таким чином завантаження мережі. Подібний до нього протокол TCP, про що скажемо пізніше.

Транспортний рівень має 5 класів сервісу:

0 – для використання у найкращих системах (без перевірки передавання даних, відсутність мультиплексування, виправлення помилок);

1 – включає контроль за передаванням інформації, виявлення та виправлення помилок;

2 – властивості класу 0 і здійснення мультиплексування;

3 – 1 клас + 2 клас;

4 – властивості всіх попередній класів + данограмний режим роботи.

Сеансовий рівень (п'ятий) та рівень відображення даних (шостий) мають визначені контактно-орієнтовані протоколи. Ці протоколи розроблені швидше як інтерфейс між прикладними програмами, ніж як компоненти мережі. Тому їхня реалізація більше залежить від того, як використовують мережу, ніж як вона функціонує. Прикладами цих рівнів у до-OSI операційному середовищі є Telnet та Netbios. Сеансовий рівень відповідає за режим передавання та встановлення точок синхронізації (точки всередині діалогу). (С.Шатт: діалог двох японських бізнесменів – “хай – хай”). Типові діалоги – дуплекс та напівдуплекс (див. Рис.). На цьому рівні вирішують питання про відновлення чи не відновлення звґязку після його втрати та режим його завершення.

Рівень відображення даних відповідає за фізичне відображення інформації, зокрема шифрування даних. Наявність протоколів цього рівня є характерне для мереж з не однотипними компґютерами. Типовий протокол – FTP.

Сьомий рівень — прикладний. Це рівень, де відбуваються основні міжмережні зв'язки користувача. Сьогодні сьомий рівень моделі OSI має такі стандарти: X.400 (електронна пошта), X.500 (служба керування директоріями), віртуальний термінал та служба передавання файлів, доступу до файлів та керування файлами (File Transfer, Access and Management, FTAM). Вони стануть основними складовими, що дадуть змогу різним прикладним програмам співпрацювати між собою без будь-якого узгодження чи перепрограмування.