Модель взаимодействия открытых систем

При организации компьютерной сети любого уровня приходится объединять большое число различных ЭВМ. Чтобы такое объединение происходило по возможности легко, т. е. разные типы компьютеров и сетей могли быть соединены между собой, и эффективно обмениваться информацией, Международной организацией по стандартизации (ISO) была разработана базовая модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interconnection). На сегодняшний день эта модель является международным стандартом для передачи данных.

В данной модели для описания взаимодействующих систем используется так называемый метод иерархической декомпозиции. Это означает разбиение сложной системы на уровни, связанные односторонней функциональной зависимостью.

Таким образом, в рамках данной модели каждая так называемая «открытая система», под которой понимается любая система от отдельного компьютера до глобальной сети, состоит из семи уровней. Эти уровни представлены на рис. 3. 1.

Каждый из этих уровней отвечает за выполнение своего собствен­ного круга задач и функций.

Физический уровень. На этом уровне обеспечивается взаимодействие со средой передачи данных (различные виды кабелей и т. п.), определяются физические: механические, электрические — и процедурные параметры связи. Данный уровень отвечает за готовность среды передачи данных к эксплуатации в любой момент времени. Здесь обеспечивается физический и логический доступ к среде передачи данных. На этом уровне также реализуются некоторые механизмы зашиты информации, например шифрование. Канальный уровень. На этом уровне в передаваемое сообщение вно­сится некоторый «порядок»: оно разбивается на «кадры» (в различных системах название может быть разным), формируются последовательности этих кадров. Также канальный уровень отвечает за управление доступом к среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизацию, обнаружение и исправление ошибок.

Сетевой уровень. На данном уровне организуется взаимодействие между двумя абонентами компьютерной сети. Здесь организуется информационный обмен в сети, определяются маршруты прохождения сообщений. Маршруты определяются для «пакетов», имеющих адрес получателя. Сетевой уровень также отвечает за обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных.

Транспортный уровень. Здесь определяется механизм передачи данных, общий для данного типа сетей независимо от их конфигурации. На этом уровне поддерживается непрерывная передача данных между двумя взаимодействующими прикладными процессами. Так, например, транспортный уровень должен обеспечивать безошибочность передачи данных по указанному адресу, не допускать потерю фрагментов, а также выполнять другие функции.

Сеансовый уровень. Этот уровень устанавливает сеанс взаимодей­ствия между двумя прикладными процессами, определяет параметры соединения. Он отвечает за контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и пр. Кроме того, именно на сеансовом уровне выполняются следующие функции: управление паролями, подсчет платы за пользование ресурсами сети, отмена связи после сбоя на нижележащих уровнях. Также этот уровень управляет диалогом между процессами на следующем — представительском — уровне.

Представительский уровень. На этом уровне решаются непосредственно задачи взаимодействия прикладных процессов. Происходит представление данных одного прикладного процесса в форме, понятной для другого, взаимодействующего с ним. Также происходит интерпретация данных для представления их в виде, доступном конечному пользователю. Так, здесь происходит преобразование полученных «кадров» в экранный формат или формат для печатающих устройств данной системы.

Прикладной уровень. Этот уровень отвечает за представление конечному пользователю преобразованной в понятный для него вид информации, полученной от другого абонента сети. Для этих целей служит общесистемное прикладное программное обеспечение и программное обеспечение конкретного пользователя. В данной модели определены следующие понятия:

§ протокол;

§ интерфейс;

§ услуга.

Под протоколом понимается стандарт, определяющий правила взаимодействия друг с другом одинаковых уровней двух абонентов сети. Так, например, стандартX:400 (электронная почта) является протоколом прикладного уровня, а стандарт V:42 (помехоустойчивое кодирование) — это протокол канального уровня.

Протокол определяет список команд, которыми могут обмениваться программы, порядок передачи этих команд, правила взаимной проверки, размеры передаваемых блоков данных (пакетов, кадров).

Интерфейсом называются правила, определяющие взаимодействие соседних уровней одной системы. Так, например, определяется интерфейс между физическим и канальным уровнями, канальным и сетевым и т. д.

Кроме того, говорится, что нижележащий уровень предоставляет следующему за ним уровню услугу. Так, например, сетевой уровень предоставляет транспортному уровню услугу связи. Транспортный уровень, в свою очередь, предоставляет услугу транспорта для организации сеанса связи на следующем, сеансовом, уровне. Таким образом, функционирование каждого уровня опирается на услуги, предоставляемые уровнем, расположенным под ним. В этом случае говорят, что первый из этих уровней прямо зависит от второго.

Таким образом, можно сказать, что взаимодействие двух абонентов открытой системы происходит посредством так называемых «примитивных услуг» по схеме, приведенной на рис. 3.2.

Рассмотрим данную схему. Пусть имеется два взаимодействующих абонента (узла сети) и , каждый из которых в соответствии с моделью представляется состоящим из семи уровней.

Допустим, что нам необходимо описать взаимодействие между двумя одинаковыми -ми уровнями этих абонентов.

Тогда на -м уровне абонента формируется обращенный к нижележащему уровню запрос (1). Уровень при помощи остальных нижних уровней обменивается с -м уровнем абонента признаком (4). -йуровень абонента в свою очередь обращается к уровню того же абонента. На -м уровне абонента формируется ответ (3), который также как запрос через нижние уровни передастся на -й уровень абонента . На -м уровне абонента после получения ответа формируется подтверждение (2) этого получения для уровня . Когда подтверждение получено, считается, что взаимодействие прошло успешно.

Взаимодействие двух абонентов открытой системы:

А, В — абоненты; N — номер уровня;

1 — запрос; 2 — подтверждение; 3 — ответ; 4 — признак

Как видно из рассмотренной схемы, при передаче пользовательской информации она проходит все уровни сверху вниз, т. е. от прикладного до физического. На приемной стороне наблюдается обратная кар тина, т. е. данные «поднимаются» с первого уровня на седьмой.