44. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (osi)

Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интере­сах решения задач для других компьютеров) ^управление обменом с другими ком­пьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагаю­щий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произволь­ного уровня без существенного изменения других уровней. В общем случае допус­кается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.

Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения' возможности взаи­модействия любых вычислительных систем, Международная Организация по Стан­дартизации (International Standart Organization — ISO) разработала Эталонную Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference model).

Эталонная Модель определяет следующие семь функциональных уровней:

• физический;

• управления линией передачи или канальный;

• сетевой;

• транспортный;

• сеансовый;

• представительный;

• прикладной или уровень приложений.

Физический уровень обеспечивает интерфейс между ЭВМ сети и средой пере­дачи дискретных сигналов. На физическом уровне через абонентские каналы пе­редаются последовательности бит. Управление физическим каналом сводится к выделению начала и конца кадра, несущего в себе передаваемые данные, а так­же к формированию и приему сигналов определенной физической природы.

Стандарты физического уровня включают рекомендации Х.21 либо Х.21 бис, определяющие механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики, необходимые для установления (активизации), поддержания и расторжения (деактивизации) физических соединений.

Функции канального уровня состоят в управлении вводом-выводом информации в канале связи. Для повышения достоверности передачи процедуры канального уровня могут предусматривать введение избыточных кодов, повторную передачу данных и другие методы. Формируемые этим уровнем данные группируются в так называемые кадры. Обмен данными между двумя объектами канального уровня может вестись од­ним из трех способов: дуплексным (одновременно в обоих направлениях), полудуплекс­ным (попеременно в обоих направлениях) или симплексным (в одном направлении).

Сетевой уровень обеспечивает передачу сетевых блоков (пакетов) между узла­ми сети. Здесь решаются задачи выбора маршрута из числа возможных (при изме­нении нагрузки или конфигурации сети), управления входящим потоком, буфери­зации пакетов и т.. д. Основная функция сетевого протокола — прокладка в каждом физическом канале совокупности логических каналов (до 4096), что существенно повышает эффективность использования ресурсов физического канала.

Основной функцией транспортного уровня является доставка сообщений (транс­портных блоков), которые состоят из сетевых пакетов. С этой целью транспортные объекты сетевого ПО организуют разборку сообщений на передающем конце и сбор­ку сообщений из принимаемых пакетов на приемной стороне. Кроме того, транс­портный уровень занимается согласованием различных сетевых уровней с помо­щью соответствующих шлюзов (согласование сетевых объектов принципиально различных сетей) и мостов (согласование сетевых объектов однотипных сетей).

Для контроля того, что все отправленные пакеты приняты, и в них нет ошибок, применяется метод посылки квитанций—квитирование. Квитанции, подтверждаю­щие прием, могут посылаться получателем после приема одного или нескольких па­кетов (обычно до 8). В последнем случае говорят о так называемом механизме «окна». Применение этого механизма при неплохом качестве средств связи позволяет умень­шить загрузку коммуникационной сети передаваемой служебной информацией.

В настоящее время существуют пять классов сервиса, предоставляемого транс­портным протоколом (0, 1,..., 4). Выделенные классы различаются возможностя­ми приоритетной передачи сообщений, защиты от ошибок, а также засекречива­ния данных с помощью шифрования.

Сеансовый уровень предназначен для организации сеансов связи (взаимодей­ствия) между объектами более высоких уровней. При установлении сеансов связи контролируется полномочие объекта по доступу к другому объекту. Данный уро­вень, как и транспортный, предусматривает несколько классов услуг (А, В, С и D).

Представительный уровень описывает методы преобразования информации (шифрование, сжатие, перекодировка), передаваемой объектам прикладного уров­ня: пользователям и программам.

Прикладной уровень отвечает за поддержку прикладного ПО пользователя. На этом уровне реализуются три основные службы: передача и управление файлами, передача и обработка заданий, а также служба виртуального терминала.

Предложенная семиуровневая модель описывает лишь общие принципы объе­динения разделенных средой передачи данных компьютеров. Для описания взаимо­действия программных и аппаратных элементов уровней используются протоколы и интерфейсы.

Протоколом называется свод правил взаимодействия объектов одноименного уровня, а также форматы передаваемых между объектами блоков данных (сооб щений). Примерами протоколов звена данных являются протокол HDLC (Higher-level Data Link Control), принятый ISO, и протокол SDLC (Synchronous Data Link Control) фирмы IBM.

Интерфейсы описывают процедуры взаимодействия объектов смежных уров­ней и форматы информации, передаваемой между этими объектами. Примером од­ного из интерфейсов является интерфейс Х.25 подключения пользователей к сетям передачи данных общего пользования. Этот интерфейс описан в соответствующих рекомендациях (Х.25), где определяются порядок и правила взаимодействия око­нечного оборудования обработки данных DTE (Data Terminal Equipment) и оконеч­ного оборудования цепей передачи данных DCE (Data Circuit-terminating Equipment). Роль DTE выполняет модем или цифровое устройство сопряжения для подключе­ния к сети передачи данных. В качестве DCE может выступать хост-машина (Host), контроллер или концентратор, обслуживающий удаленные терминалы, интерфейс­ный компьютер для подключения к другой сети и т. д.

Разработка силами ISO множества рекомендаций по организации сетевого об­мена между компьютерами внесла существенный вклад в теорию создания как глобальных, так и локальных сетей. Однако следует заметить, что принятие меж­дународных стандартов не устранило полностью разнообразия архитектур реаль­ных существующих сетей.

Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппарат­ного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фир­мами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых за­дач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т. д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.

В ЛВС, по существу, организовано управление аппаратно-программными ре­сурсами всех входящих в сеть компьютеров. Реализует эти функции сетевое ПО. В глобальной сети основным видом взаимодействия между независимыми компь­ютерами является обмен сообщениями.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы организации распределенных вычислений в среде ЛВС. Вопросы построения и функционирования глобальных . сетей на примере сети Internet излагаются в следующем разделе.