Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общение на каком-либо языке. Если невозможно разговаривать друг с другом непосредственно, применяются вспомогательные средства для передачи сообщений. Одним из таких средств является система почтовой связи. В ее составе можно выделить определенные функциональные уровни, например уровень сбора и доставки писем из почтовых ящиков на ближайшие почтовые узлы связи и в обратном направлении, уровень сортировки писем в транзитных узлах и т. д. Принятые в почтовой связи всевозможные стандарты позволяют отправлять корреспонденцию практически из любой точки земного шара и получать ее в любой точке. Аналогичная картина наблюдается и в области электронных коммуникаций, где рынок компьютеров, коммуникационного оборудования систем и сетей связи необычайно широк и пока не не везде стандартизован. Создание современных информационных систем невозможно без использования общих подходов при разработке, без унификации характеристик и параметров их компонентов.

Для эффективной реализации пропускной способности каналов передачи информации и коммутационных узлов сетей связи необходимо соблюдение определенного набора стандартных правил, которые должны быть построены по принципу некоторой иерархии. Набор стандартных процедур взаимодействия и программных средств, обеспечивающих установление связи, переключение, прерывание связи при необходимости и т. п., в настоящее время в основном реализуется программно. Эти правила (стандарты) разрабатываются рядом международных организаций электросвязи.

В основу многоуровневой архитектуры связи положена концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС; OSI — Open System Interconnection), обеспечивающая введение единых стандартов на международном уровне для вновь создаваемых информационных сетей. Она описана стандартом ISO 7498. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ВОС разработана в начале 1980;х гг. Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization — ISO — ИСО) совместно с Международным союзом электросвязи Х.200. Модель ВОС как единый комплекс стандартов является основой для взаимной совместимости оборудования и программ различных поставщиков.

Эталонная модель ВОС ориентирована на выполнение таких функций:

• • представление данных в стандартной форме;
• • связь между процессами информационного обмена и синхронизация их работы;
• • управление информационно-вычислительными ресурсами;
• • контроль ошибок и сохранности данных;
• • управление базами данных и запоминающими устройствами;
• • поддержка программ, обеспечивающих технологию передачи и обработки данных;
• • тестирование и др.

Под термином «открытая система» подразумевают систему, которая может взаимодействовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям открытой системы. В широком смысле открытая система — это система, реализующая открытые спецификации на интерфейсы (Interface — программно-аппаратное средство, обеспечивающее взаимодействие двух систем или процессов в точке их сопряжения; в простейшем случае это аналого-цифровой преобразователь — АЦП, от англ. — Analog-to-digital converter, ADC), службы и форматы данных, достаточные для того, чтобы обеспечить:

• • возможность переноса прикладных систем, разработанных должным образом, с минимальными изменениями на широкий диапазон систем;
• • совместимую работу с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах;
• • взаимодействия с пользователями в стиле, облегчающем последним переход от системы к системе.

Основные элементы таких открытых систем, как сети связи, — абонентские станции (АС) и физическая среда для передачи информации. Абонентские станции, представляющие собой мобильные станции пользователей и устройства коллективного пользования, обеспечивают некий прикладной процесс — тог или иной вид доставки, обработки и отображения информации для нужд пользователей, например запрос и заказ билетов на концерт с домашнего персонального компьютера.

Взаимодействие АС может иметь различный уровень иерархии преобразования информации при обмене. Сеть связи, содержащая АС, которые удовлетворяют этой модели и относятся к открытым системам, в свою очередь является открытой системой. Все современные сети — открытые. В отличие от первоначальных сетей, предусматривающих подключение рабочих станций только к своему центральному компьютеру, станции открытых систем могут взаимодействовать с АС любых других систем связи, выполненных по стандарту ВОС.

Для упрощения разработки и реализации сетевой архитектуры каждая система разбивается на ряд функциональных уровней. При этом взаимодействие систем в сети представляется в виде взаимодействия между элементами систем одного функционального уровня (рис. 1.10). Эталонная модель ВОС использует семь функциональных уровней (рис. 1.10, а). Се;

Рис. 1.10. Эталонная модель взаимодействия ВОС:

а — основные элементы сети; б — семиуровневая архитектура взаимодействия миуровневая архитектура взаимодействия АС имеет следующие функции уровней (рис. 1.10, б), т. е. следующие протоколы.

Первый уровень — физический, он обеспечивает интерфейс с физической средой (физическую среду часто называют пулевым уровнем). Реализуется управление каналом связи, что сводится к его подключению и отключению и формированию сигналов, представляющих передаваемые сообщения и (или) данные. На физическом уровне биты информации или данных передают по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптический кабель, радиоканал или цифровой канал связи. Этот уровень определяет характеристики физических средств передачи, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление, потери и т. п. На физическом уровне задаются характеристики сигналов электросвязи — электрических и оптических, такие как уровни сигналов, тип кодирования, скорость передачи и др. На этом же уровне стандартизуются собственно физические интерфейсы — в частности, типы разъемов и назначение каждого контакта.

Второй {канальный) уровень — формирование пакетов данных (кадров). Он обеспечивает надежную передачу сообщений через физический канал, организуемый на первом уровне. Для обеспечения надежности используются средства контроля принимаемых сообщений, позволяющие выявлять ошибки в этих сообщениях. Уровень управления каналом через недостаточно надежный физический канал обеспечивает передачу сообщений с необходимой достоверностью. Канальный уровень обеспечивает передачу сообщений в виде временных блоков данных — кадров {frame) — фреймов через физический канал. Основное назначение этого уровня — прием и передача кадров в сеть. Он физически адресует передаваемые сообщения, обеспечивая правильность использования физического канала, выявляет неисправности и ошибки передачи, синхронизации кадров и управления потоками сообщений.

Третий {сетевой) уровень — сегментирование и объединение блоков. Он обеспечивает организацию диалога между абонентами сети, т. е. управление очередностью передачи данных, их приоритетом, процедурой восстановления и т. д.

Четвертый {транспортный) уровень создает связь между нижней и верхней группами уровней. Транспортный уровень обеспечивает сквозную передачу данных между абонентами сети с заданным качеством обслуживания, которое является составным параметром, определяющим характеристики взаимодействия абонентов: максимальное время установления соединения, пропускная способность, время задержки сигнала, вероятность ошибки при передаче сообщений и т. п. Он реализует процедуры и протоколы соединения пользователей через базовую (магистральную) сеть. На этом уровне возможны стандартное сопряжение различных систем с сетью и организация обмена сообщениями между сетью и узлами или системами сети. Уровень создает связь между нижней и верхней группами уровней: обеспечивает сквозной обмен информацией между системами.

Питый {сеансовый) уровень обеспечивает организацию сеансов связи на период взаимодействия сетевых узлов. На этом уровне по запросам в сети создаются порты {Port — интерфейс для подключения линий приема-передачи данных к сетевому устройству) для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы.

Шестой (представительный) уровень согласует форму представления информации (изображение, распечатка, строка символов и т. д.). Представительный уровень управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи. Сюда включаются коды, форматы данных, сжатие информации (сокращение избыточности), машинные языки и т. п.

Седьмой уровень — прикладной. Его главная задача — предоставить уже принятую информацию. С этим обычно справляется системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Прикладной уровень обеспечивает интерфейс с прикладным процессом и служит для выполнения всех информационно-вычислительных процессов, предоставляемых пользователю через транспортную сеть: электронная почта, телетекст, факс, пакетная передача речи и др.

Четыре нижних уровня (физический, канальный, сетевой и транспортный) предоставляют сетевые услуги, три верхних (сеансовый, представительный и прикладной) — услуги самим оконечным пользователям. Как правило, соединение между АТС разных типов сетей осуществляется на нижних уровнях.

Правила взаимодействия объектов одного уровня, называемые протоколами, определяют логическое взаимодействие объектов. В эталонной модели ВОС принята концепция, в соответствии с которой взаимодействие объектов одного уровня обеспечивается предоставлением ему услуг смежным нижним уровнем. Правила взаимодействия объектов смежных уровней в одной системе сети, а также межсетевого обмена информацией называют интерфейсами ВОС.