Модель взаимодействия открытых систем

В настоящее время взаимодействие в компьютерных сетях описывается с помощью модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection — OSI).

Модель OSI была разработана Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization — ISO) как руководство для разработки стандартов, позволяющих осуществлять обмен данными с использованием разнородных компьютерных устройств. Эта модель разделяет сетевые коммуникации на отдельные уровни, облегчающие разработку и внедрение сетей, а также служит базисом при разработке совместимого сетевого оборудования. Каждый уровень модели обслуживает различные этапы процесса взаимодействия. Работу модели OSI обеспечивают различные службы, каждая на своем уровне. Службы работают по определенным правилам — протоколам. Соответственно на каждом уровне работает свой протокол. Все вместе данные службы выполняют одну общую работу — передачу данных по сети, придерживаясь общего правила (общего протокола).

Модель OSI разделяет сетевые функции на уровни: физический (Physical Layer) (7-й уровень), управления линией передачи данных (Data Link Layer) (6), сетевой (Network Layer) (5), транспортный (Transport Layer) (4), сеансовый (Session Layer) (3), представления (Presentation Layer) (2), приложений (Application Layer) (1).

Физический уровень обеспечивает линию связи для передачи данных между узлами сети, определяет электрические, механические и функциональные параметры для физической связи в системах. Физический уровень использует физические средства соединения, добавляет свой сервис и предоставляет все это канальному уровню. Заданием уровня является создание физических интерфейсов, необходимых для подключения систем к физическим средствам соединения. Уровень определяет процедуры передачи сигналов в физический канал и приема сигналов из канала.

Физический уровень выполняет следующие функции:

¦ устанавливает и разъединяет физические соединения;

¦ передает последовательность сигналов;

¦ прослушивает в нужных случаях каналы;

¦ выполняет идентификацию каналов;

¦ оповещает о появлении неисправностей и отказов.

Виды сервиса, предоставляемого канальному уровню, определяются протоколами (стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных) физического уровня.

Уровень управления линией передачи данных (канальный уровень) формирует изданных кадры, которые являются блоками данных, содержащими дополнительную управляющую информацию. Канальный уровень может выполнять следующие функции:

¦ организацию (установление, управление, расторжение) канальных соединений и идентификацию их портов;

¦ передачу блоков данных;

¦ обнаружение и исправление ошибок;

¦ управление потоками данных;

¦ обеспечение прозрачности логических каналов (передачи по ним данных, закодированных любым способом).

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя узлами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации (процесс выбора маршрута передачи данных в сети).

Задачей сетевого уровня является создание виртуальных каналов, проходящих через коммуникационную сеть. На сетевом уровне могут выполняться следующие функции:

¦ создание сетевых соединений и идентификация их портов;

¦ обнаружение и исправление ошибок, возникающих при передаче через коммуникационную сеть;

¦ управление потоками пакетов;

¦ организация (упорядочение) последовательностей пакетов;

¦ маршрутизация и коммутация;

¦ сегментация и объединение пакетов;

¦ возврат в исходное состояние;

¦ выбор видов сервиса.

Транспортный уровень выполняет разделение передаваемых сообщений на пакеты. На этом уровне может выполняться согласование сетевых уровней несовместимых различных сетей через специальные шлюзы. Рассматриваемый уровень определяет адресацию абонентских систем и административных систем. Главной задачей транспортного уровня является использование виртуальных каналов, проложенных между взаимодействующими абонентскими системами и административными системами, для передачи в пакетах блоков данных. Основные функции, выполняемые транспортным уровнем:

¦ управление передачей блоков данных и обеспечение их целостности;

¦ обнаружение ошибок, их частичная ликвидация, сообщение о неисправленных ошибках;

¦ восстановление передачи после отказов и неисправностей;

¦ укрупнение либо разукрупнение блоков данных;

¦ предоставление приоритетов при передаче блоков (нормальная передача, срочная);

¦ передача подтверждений о переданных блоках данных;

¦ ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.

Кроме этого, транспортный уровень восстанавливает блоки данных, потерянные на нижних уровнях.

Сеансовый уровень обеспечивает взаимодействие с транспортным уровнем, координирует прием и передачу данных одного сеанса связи, содержит функции управления паролями, подсчета платы за использование ресурсов сети.

Рассматриваемый уровень обеспечивает выполнение следующих функций:

¦ установление и завершение на сеансовом уровне соединения между партнерами;

¦ выполнение нормального и срочного обмена данными между прикладными процессами;

¦ синхронизация работы сеансовых соединений;

¦ извещение прикладных процессов об исключительных ситуациях;

¦ установление в прикладном процессе меток, позволяющих после отказа либо ошибки восстановить его выполнение от ближайшей метки;

¦ прерывание в нужных случаях прикладного процесса и его корректное возобновление;

¦ прекращение сеанса без потери данных;

¦ передача особых сообщений о ходе проведения сеанса.

Уровень представления обеспечивает преобразование данных из кадров для экранного формата или формата печатающего устройства. Уровень обеспечивает кодирование данных, выдаваемых прикладными процессами, и интерпретацию передаваемых им данных.

Представительный уровень выполняет следующие основные функции:

¦ выбор образа представлений из возможных вариантов;

¦ изменение образа представления в виртуальный образ;

¦ преобразование синтаксиса данных (кодов, символов) в стандартный вид;

¦ определение формата данных.

Уровень приложений отвечает за поддержку прикладного программного обеспечения конечного пользователя. Прикладной уровень выполняет задачу обеспечения различных форм взаимодействия прикладных процессов, расположенных в разнообразных системах информационной сети. Для этого он осуществляет:

¦ описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов;

¦ выполнение различных видов работ (управление заданиями, передача файлов, управление системой и т. д.);

¦ идентификацию пользователей (партнеров взаимодействия) по их паролям, адресам, электронным подписям;

¦ определение функционирующих абонентов;

¦ объявление о возможности доступа к новым прикладным процессам;

¦ определение достаточности имеющихся ресурсов;

¦ посылку запросов на соединение с другими прикладными процессами;

¦ подачу заявок представительному уровню на необходимые методы описания информации;

¦ выбор процедур планируемого диалога процессов;

¦ управление данными, которыми обмениваются прикладные процессы;

¦ синхронизацию взаимодействия прикладных процессов;

¦ определение качества обслуживания (время доставки блоков данных, допустимой частоты ошибок и т. д.);

¦ соглашение об исправлении ошибок и определение достоверности данных;

¦ согласование ограничений, накладываемых на синтаксис (наборы символов, структура данных).

Прикладной уровень часто делится на два подуровня. Верхний подуровень включает в себя сетевые службы, а нижний содержит стандартные сервисные элементы, поддерживающие работу сетевых служб.

Обычно семь уровней OSI объединяют в три группы:

• 1) группа утилит и приложений — 7-й уровень;
• 2) группа преобразования информации — с 3-го по 6-й уровни;
• 3) группа физическая — 1-й и 2-й уровни.