Модель OSI

Список ключевых слов: взаимодействие открытых систем, прикладной

программный интерфейс, протокольная единица данных, сообщение, кадр, пакет, дейтаграмма, сегмент, физический уровень, канальный уровень, контрольная последовательность кадра, управление доступом к среде, сетевой уровень, составная сеть, или Интернет, межсетевое взаимодействие, сетевой, или глобальный, адрес, таблица маршрутизации, маршрутизируемый протокол, маршрутизирующий протокол, или протокол маршрутизации, транспортный уровень, классы транспортного сервиса, сеансовый уровень, уровень представления, прикладной уровень, коммутация пакетов.

Из того, что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействую­щими узлами сети, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике при реализации сетей стремятся использовать стандартные про­токолы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стан­дарты.

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации, в част­ности International Organization for Standardization (ISO), часто называемая так­же International Standards Organization, а также International Telecommunications Union (ITU) и некоторые другие, — разработали стандартную модель взаимо­действия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель сыг­рала значительную роль в развитии компьютерных сетей.

Общая характеристика модели OSI

К концу 70-х годов в мире уже существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно назвать, напри­мер, такие популярные стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Такое разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несо­вместимости устройств, использующих разные протоколы. Одним из путей раз­решения этой проблемы в то время виделся всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом недостатков уже сущест­вующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Назначение моде­ли OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия. Она разрабатывалась в качестве своего рода универсального языка сетевых спе­циалистов, именно поэтому ее называют справочной моделью.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Модель OSI определяет, во-первых, уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, во-вторых, стандартные названия уровней, в-третьих, функции, которые должен выполнять каждый уровень. Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.

В модели OSI (рис. 4.6) средства взаимодействия делятся на семь уровней: при­кладной, представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физи­ческий. Каждый уровень имеет дело с совершенно определенным аспектом взаи­модействия сетевых устройств.

ВНИМАНИЕ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые опера­ционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Мо­дель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Важно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень семиуровневой модели.

Полезная Заголовки со служебной информация информацией

Рис. 4.6. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Приложения могут реализовывать собственные протоколы взаимодействия, ис­пользуя для этих целей многоуровневую совокупность системных средств. Именно для этого в распоряжение программистов предоставляется прикладной программ­ный интерфейс (Application Program Interface, API). В соответствии с идеальной схемой модели OSI приложение может обращаться с запросами к самому верх­нему уровню — уровню приложений, однако на практике многие стеки коммуни­кационных протоколов предоставляют возможность программистам напрямую обращаться к сервисам, или службам, расположенным ниже уровней.

Компьютер 1

Компьютер 2

Сообщение

У ff&l 71 61 51 41 341 51 61 7 j: ^____________ Передача по сети_____________ ^

7 6 5 4 3 2 1

Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни моде­ли OSI и обращается непосредственно к ответственным за транспортировку
сообщений по сети системным средствам, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI.

Итак, пусть приложение узла А хочет взаимодействовать с приложением узла В. Для этого приложение А обращается с запросом к прикладному уровню, напри­мер к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Но для того чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку уровню представления. Протокол уровня представления на основании инфор­мации, полученной из заголовка сообщения прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную инфор­мацию — заголовок уровня представления, в котором содержатся указания для протокола уровня представления машины-адресата. Полученное в результате со­общение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т. д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце в виде так называемого концевика.) Наконец, сообщение достигает нижнего, физиче­ского уровня, который, собственно, и передает его по линиям связи машине-адре­сату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней (рис. 4.7).

Сообщение 3-го уровня

Заголовок 3 Поле данных 3 Концевик 3

Сообщение 2-го уровня   Заголовок 2 Заголовок 3 Поле данных 3 Концевик 3 Концевик 2   Сообщение 1-го уровня V J   г п Y Поле данных 2 Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Поле данных 3 Концевик 3 Концевик 2 Концевик 1

Поле данных 1 Рис. 4.7. Вложенность сообщений различных уровней

Физический уровень помещает сообщение на физический выходной интерфейс компьютера 1, и оно начинает свое «путешествие» по сети (до этого момента со­общение передавалось от одного уровня другому в пределах компьютера 1).

Когда сообщение по сети поступает на входной интерфейс компьютера 2, оно принимается его физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок сво­его уровня, выполняя соответствующие функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

Как видно из описания, протокольные сущности одного уровня не общаются ме­жду собой непосредственно, в этом общении всегда участвуют посредники — средства протоколов нижележащих уровней. И только физические уровни раз­личных узлов взаимодействуют непосредственно.

В стандартах ISO для обозначений единиц обмена данными, с которыми имеют дело прото­колы равных уровней, используется общее название протокольная единица данных (Pro- toco! Data Unit, PDU). Для обозначения единиц обмена данными конфетных уровней часто используются специальные названия, в частности: сообщение/кадр* пакет, дейтаграмма, сегмент. •, •