Эталонная модель взаимодействия открытых систем
Взаимодействующие процессы в сетях соединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определенного свода правил - протоколов связи процессов. Протоколы, регламентирующие передачу данных, очень сложны, так как для обеспечения эффективности интерфейса необходимо согласовать достаточно большой объем информации. Они охватывают практически все фазы обмена в сети, в том числе синхронизацию тактовых генераторов компьютера-получателя и компьютера-отправителя, процедуру кодирования передаваемой информации, инструкции о том, как передать информацию по различным маршрутам с разными схемами адресации без потери ее целостности [46].
Обычно протоколы связи процессов реализуются с учетом принципа коммутации пакетов, когда перед передачей сообщение разбивается на блоки - пакеты определенной длины. Каждый пакет снабжается служебной информацией и превращается в независимую единицу передачи информации. На приемной стороне из поступающих пакетов формируется передаваемое сообщение.
Для обеспечения обмена информацией между компьютерными сетями или между компьютерами данной сети в 1978 г. Международная организация но стандартизации (МОС) разработала многоуровневый комплект протоколов, известный как семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем. Она является основой для анализа существующих сетей, создания новых сетей и стандартов. Одна из основных идей модели взаимодействия открытых систем (OS1) - обеспечение относительно простого обмена информацией при использовании изготовленных разными фирмами аппаратных и программных средств, соответствующих стандартам взаимодействия открытых систем. Конечные пользователи не должны заботиться о проблемах совместимости, которые все еще свойственны системам, включающим устройства различных производителей. Сеть, удовлетворяющая требованиям эталонной модели взаимодействия открытых систем, называется открытой [16].
Многоуровневый подход, реализованный в модели взаимодействия открытых систем, оказался очень эффективным. Каждый уровень протоколов включает определенный круг функций и сервиса. Преимущество такого подхода заключается в возможности внесения изменений в один уровень без переработки всей модели в целом.
Абонентская система (АС) в соответствии с эталонной моделью взаимодействия открытых систем представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия АС, которые разбиваются на семь функциональных уровней (рис. 9.1). Функции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Отдельные уровни модели взаимодействия открытых систем удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх, а их названия указаны на рисунке 9.1. Функциональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня.
При передаче информации но мере продвижения ее от верхнего (прикладного) уровня к нижнему (физическому) на каждом уровне, кроме физического, к ней добавляется заголовок, содержащий управляющую информацию для соответствующего уровня на принимающем компьютере.
Многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения в соответствии с функциями, реализуемыми на этом уровне. Модификация выполняется по схеме, представленной на рис. 9.2. Данные, передаваемые в форме сообщения, снабжаются заголовком (3) и концевиком (К), в которых содержится информация, необходимая для обработки сообщения на соответствующем уровне: указатели типа сообщения, адреса отправителя, получателя, канала, порта и т. д.
Рис. 9.1. Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем
Заголовок и концевик называются обрамлением сообщения. Сообщение, сформированное на уровне N+1, при обработке на уровне N снабжается дополнительной информацией в виде заголовка 3N и концевика KN.
При поступлении на нижележащий уровень к сообщению вновь добавляется дополнительная информация в виде заголовка 3N-1 и концевика KN-1.
При передаче сообщения от низших уровней к высшим оно освобождается от соответствующего обрамления. Таким образом, каждый уровень оперирует с собственным заголовком и концевиком, а сопровождаемая ими информация рассматривается как данные более высокого уровня. За счет этого обеспечивается независимость данных, относящихся к разным уровням управления передачей сообщений.
Управляющая информация в заголовках и концевиках содержит такие данные, как тип передаваемой информации, адреса станции-отправителя и станции-иолучагеля, режим передачи (дуплексный, полудуплексный и т. д.), метод кодирования информации, метод контроля ошибок. Приемный компьютер принимает информацию в виде потока битов и собирает ее в кадры. По мере продвижения кадров снизу вверх (от физического уровня к прикладному) протоколы соответствующих уровней удаляют предназначенную для них управляющую информацию, и в конечном итоге прикладная программа получит только исходные данные.
Рис. 9.2. Структура сообщений на разных уровнях
Стандартизация распространяется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС. Связь между уровнями осуществляется в форме различных транзакций, известных как примитивы (primitives).
Примитивы делятся на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения. Уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может активизировать функцию путем выдачи запроса на выполнение действия. Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдает подтверждение о выполнении функции. Иногда выдается запрос на действие, которое должен выполнять уровень на другом (взаимодействующим с первым) компьютере. Примитивы удобно рассматривать как управляющую информацию, которая представлена в кадрах, передаваемых в процессе обмена данными [44].
Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рамках уровневых протоколов, представлены в таблице 9.1.
Таблица 9.1. Назначение уровней и протоколов модели OS1
|
Уровни модели OSI |
Назначение уровней и протоколов модели OSI |
|
7. Прикладной |
Обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем |
Продолжение табл. 9.1
|
Уровни модели OSI |
Назначение уровней и протоколов модели OSI |
|
6. Представительный |
Устанавливает стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами |
|
5. Сеансовый |
Обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними |
|
4. Транспортный |
Обеспечивает надежную, экономичную и «прозрачную» передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня |
|
3. Сетевой |
Обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня |
|
2. Канальный |
Обеспечивает непосредственную связь объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня |
|
1. Физический |
Формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой |
Совокупность протоколов, приведенных в таблице 9.1, составляют стек протоколов модели OSI.
