Еталонна модель взаємодії відкритих систем

В основу еталонної моделі OSI покладено концепцію багаторівневої організації протоколів. Істотною особливістю моделі взаємодії відкритих систем є розробка і використання єдиного підходу до організації протоколів та інтерфейсів різних рівнів. Згідно з цією концепцією кожному рівню ставиться у відповідність набір певних функцій, пов’язаних з вирішенням конкретного завдання з організації взаємодії відкритих систем. Нумерація рівнів здійснюється відносно фізичних засобів з’єднання, тобто перший номер присвоюється фізичному, а найбільший — прикладному рівню. Кожний рівень з меншим номером вважається допоміжним для суміжного з ним вищого рівня і надає йому певний набір послуг, який називається сервісом. Отже, функції кожного рівня можуть реалізовуватися різними апаратними і програмними засобами. Основною умовою при цьому є те, що взаємодія між будь-якими суміжними рівнями має чітко визначатися, тобто здійснюватися через фіксовані точки доступу за допомогою стандартного міжрівневого інтерфейсу (рис. 1.7). Точка доступу є портом, в якому об’єкт N-го рівня надає послуги (N+1)-му рівню. Ця достатньо важлива умова визначає можливість зміни протоколів окремих рівнів без зміни системи в цілому, що є однією з основних умов побудови відкритих систем. Зауважимо, що у разі програмної реалізації міжрівневого інтерфейсу портами є адреси, за якими заносяться міжрівневі повідомлення.

Рис. 1.7. Взаємодія об’єктів та послуг,

де: МІ - міжрівневий інтерфейс

У свою чергу, взаємодія об’єктів (як правило, програм) однойменних рівнів різних систем визначається протоколами відповідного рівня, проте і в цьому разі обмін даними здійснюється через міжрівневі інтерфейси всередині кожної з систем, а між ними — через канали передачі даних. Структурною одиницею інформації, що передається між рівнями,
є так званий протокольний блок даних (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Структура протокольного блоку даних N-рівня

Він складається з керуючого поля, яке називається заголовком, і поля даних. Заголовок N-го блоку містить керуючу інформацію, сформовану на N-му рівні (рис. 1.9). Вміст поля даних N-го рівня являє собою блок даних (N+1)-го рівня. Так формується вкладена структура: протокольні блоки даних, починаючи з верхнього рівня, вкладаються один в одного. При передачі інформації в зворотному напрямку відбувається процедура «розпакування» блоків.

Під час побудови будь-якої багаторівневої структури виникає потреба визначення оптимальної кількості її рівнів. Зокрема, при розробці еталонної моделі OSI кількість її рівнів визначалася, виходячи з таких міркувань:

· розбивка на рівні має максимально відображати логічну структуру комп’ютерної мережі;

· міжрівневі межі мають визначатися так, щоб забезпечити мінімальну кількість і простоту міжрівневих зв’язків;

· велика кількість рівнів, з одного боку, спрощує внесення змін у систему, а з іншого — збільшує кількість міжрівневих протоколів і ускладнює опис моделі в цілому.

Рис. 1.9. Схема формування протокольного блоку даних

З урахуванням цього ISO для комп’ютерних мереж була запропонована семирівнева модель OSI (рис. 1.10).

Рис. 1.10. Еталонна модель OSI

Основним, з точки зору користувача, є прикладний рівень. Цей рівень забезпечує виконання прикладних процесів користувачів і визначає семантику, тобто змістову складову інформації, якою обмінюються відкриті системи в процесі взаємодії. З цією метою прикладний рівень, крім протоколів взаємодії прикладних процесів, підтримує протоколи передачі файлів, віртуального термінала, електронної пошти тощо.

Шостий рівень має назву представницький. Він визначає єдиний для всіх відкритих систем синтаксис інформації, що передається. Необхідність цього рівня зумовлена різною формою подання інформації в мережі передачі даних та комп’ютерах. Цей рівень відіграє важливу роль у забезпеченні «відкритості» систем, завдяки чому системи можуть «спілкуватися» між собою незалежно від їхньої внутрішньої мови.

П’ятий рівень називається сеансовим,тому що основним його призначенням є організація сеансів зв’язку між прикладними процесами в різних абонентських системах. На цьому рівні створюються порти для прийому і передачі повідомлень і організуються з’єднання — логічні канали між процесами. Необхідність протоколів цього рівня зумовлюється відносною складністю мережі передачі даних і прагненням забезпечити високу надійність передачі інформації.

Четвертий, транспортний,рівень (рівень наскрізної передачі) забезпечує передачу даних між двома взаємодіючими відкритими системами та зв’язок абонентів мережі з системою передачі даних. На цьому рівні визначається правило взаємодії абонентських систем — відправника й одержувача даних, організовується і підтримується логічний канал (транспортне з’єднання) між абонентами.

Третій, мережевий,рівень забезпечує маршрутизацію інформації і керування мережею передачі даних. На відміну від попередніх, цей рівень більшою мірою орієнтований на мережу передачі даних. Тут вирішуються питання, пов’язані з управлінням мережею передачі даних, у тому числі маршрутизація і керування інформаційними потоками.

Другий, канальний,рівень забезпечує функціональні і процедурні засоби для встановлення, підтримки і розриву з’єднань на рівні каналів передачі даних. Процедури канального рівня забезпечують виявлення і, можливо, виправлення помилок, що виникають на фізичному рівні.

Перший, фізичний,рівень забезпечує механічні, електричні, функціональні і процедурні засоби організації фізичних з’єднань при передачі послідовності бітів даних між об’єктами.

Чотири нижніх рівні утворюють транспортну службу комп’ютерної мережі, яка забезпечує передачу («транспортування») інформації між абонентськими системами, звільняючи від цих завдань вищі рівні. У свою чергу, три верхніх рівні, які підтримують логічну взаємодію прикладних процесів, функціонально об’єднуються в абонентську службу.

Простого перерахування рівнів недостатньо для визначення правил взаємодії систем, тому еталонною моделлю також визначаються сервіси, які мають забезпечувати її рівні. Послуги — це, по суті, функції, що виконуються на заданому рівні.

Зокрема, фізичний рівень забезпечує такі види послуг:

· встановлення та ідентифікацію фізичних з’єднань;

· організацію послідовної передачі бітів інформації;

· повідомлення про закінчення сеансу зв’язку.

Канальний рівень забезпечує:

· організацію необхідної послідовності та передачу блоків даних;

· керування потоками між суміжними вузлами;

· ідентифікацію кінцевих пунктів канальних з’єднань;

· виявлення і виправлення помилок;

· повідомлення про помилки, не виправлені на канальному рівні.

Основними сервісами мережевого рівня є:

· ідентифікація кінцевих точок мережевих з’єднань;

· організація мережевих з’єднань;

· керування потоками блоків даних;

· забезпечення послідовності доставки блоків даних;

· виявлення помилок і формування повідомлень про них;

· розрив мережевих з’єднань.

Транспортний рівень забезпечує такі види сервісів:

· встановлення і розрив транспортних з’єднань;

· формування блоків даних;

· забезпечення взаємодії сеансових з’єднань з транспортними;

· керування послідовністю передачі блоків даних;

· забезпечення цілісності блоків даних під час їх передачі;

· виявлення та усунення помилок, повідомлення про невиправлені помилки;

· призначення блокам пріоритетів передачі;

· передача підтверджень про прийняті блоки;

· ліквідація безвихідних ситуацій.

На сеансовому рівні надаються такі сервіси:

· обслуговування сеансів обміну і забезпечення передачі даних у діалоговому режимі;

· встановлення сеансового з’єднання;

· керування обміном даними;

· синхронізація сеансового з’єднання;

· повідомлення про виняткові ситуації;

· відображення на транспортний рівень сеансового з’єднання;

· завершення сеансового з’єднання.

Представницький рівень забезпечує такі види сервісів:

· вибір форми подання даних;

· інтерпретація і надання даним вигляду, зручного для прикладних процесів;

· перетворення синтаксису даних;

· формування даних.

Прикладний рівень забезпечує широкий набір сервісів:

· керування терміналами і файлами;

· керування діалогом і задачами;

· керування мережею в цілому;

· забезпечення цілісності інформації та надання деяких додаткових сервісів.

До додаткових сервісів цього рівня належать сервіси з організації електронної пошти, передачі масивів повідомлень тощо. Сервіси різних рівнів визначаються за допомогою протоколів еталонної моделі OSI, тобто правилами взаємодії об’єктів однойменних рівнів відкритих систем. Як правило, кожна з мережевих служб включає до свого складу кілька протоколів. Набір протоколів, що визначає конкретну мережеву службу, отримав назву стека протоколів.

Відповідно до семирівневої моделі OSI вводиться сім типів протоколів, що називаються так само, як і рівні. При цьому за функціональним призначенням всі протоколи доцільно поділити на три групи.

До першої групи належать протоколи абонентської служби, щовідповідають прикладному, представницькому і сеансовому рівням моделі взаємодії відкритих систем. Протоколи цієї групи є незалежними від мережі, тобто їхні характеристики і структура не залежать від використовуваної мережі передачі даних. Вони визначаються лише структурою абонентських систем і функціями обробки інформації. Друга і третя групи протоколів описують транспортну службу комп’ютерної мережі і різняться між собою процедурою доступу середовища передачі: друга група визначає систему передачі даних з маршрутизацією інформації, а третя — селекцію інформації.

Маршрутизаціяозначає процедуру визначення шляху передачі інформації в мережах передачі даних і є характерною для глобальних і регіональних комп’ютерних мереж, у рамках яких і розглядається відповідна група протоколів.

Селекцієюв комп’ютерних мережах називається процес вибору чергової абонентської системи для підключення її до мережі передачі даних з метою обміну інформацією. Селекція інформації в основному використовується в системах передачі даних локальних комп’ютерних мереж, де і розглядається третя група протоколів.