Модель взаємодії відкритих систем ISO - OSI

На початку 80-х років ряд міжнародних організацій по стандартизації - ISO, ITU-T та деякі інші - розробили модель, яка відіграла значну роль у розвитку мереж. Ця модель називається моделлю взаємодії відкритих систем OSI, (Open System Interconnection). У моделі OSI засоби взаємодії поділяються на сім рівнів.

Рис. 1.3.1. Еталонна модель взаємодії відкритих систем.

Еталонна модель взаємодії відкритих систем має на меті визначати абстрактні межі, всередині яких можуть розроблятися стандарти. Конкретні системи розробляються на базі цих стандартів.

Основним, з точки зору користувача, є прикладний, сьомий рівень.Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, що реалізуються операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Модель не поєднує засоби взаємодії прикладних програм кінцевих користувачів. Свої власні протоколи взаємодії прикладні програми користувачів реалізують звертаючись до системних засобів. Тому необхідно відрізняти рівень взаємодії прикладних програм кінцевих користувачів і прикладний рівень.

Цей рівень забезпечує виконання прикладних процесів користувачів і визначає семантику, тобто смисловий зміст інформації, якою обмінюються відкриті системи у процесі їх взаємодії. З цією метою даний рівень, крім протоколів взаємодії прикладних процесів, підтримує протоколи передачі файлів, віртуального терміналу, електронної пошти та їм подібні. Всі інші рівні зв’язують прикладні процеси, розміщені на верхньому рівні, з фізичним середовищем передавання, що розташоване на найнижчому рівні. Одиниця даних, якою оперує прикладний рівень, звичайно називається повідомленням (message). Існує велика кількість служб прикладного рівня. Приклад протоколів прикладного рівня: NCP у операційній системі Novell NetWare, SMB у Microsoft Windows NT, NFS, FTP i TFTP, що входять до стеку протоколів ТСР/ІР.

Слід також мати на увазі, що прикладна програма кінцевого користувача може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деякі СУБД мають вбудовані засоби віддаленого доступу до файлів. У цьому випадку додаток, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу, він обходить верхні рівні OSI і звертається напряму до системних засобів, відповідальних за транспортування повідомлень по мережі, які розташовуються на нижчих рівнях моделі OSI.

Наступний (шостий) рівень називається рівнем подання (даних). Він визначає єдиний для всіх відкритих систем синтаксис інформації, що передається, і виконує перетворення даних між пристроями з різними форматами даних (наприклад, з ANCII у EBCDIC. Необхідність цього рівня обумовлена різною формою подання інформації в мережі передачі даних і комп'ютерах. Даний рівень відіграє важливе значення у забезпеченні "відкритості" систем, дозволяючи їм спілкуватися між собою незалежно від внутрішньої мови і гарантує, що інформація, яка передається прикладним рівнем однієї системи, буде зрозуміла прикладному рівню іншої системи. На цьому рівні може виконуватися шифрування та дешифрування даних, завдяки якому захист інформації під час обміну даними забезпечується відразу для всіх прикладних служб. Прикладом такого протоколу є протокол Secure Socket Layer (SSL), який забезпечує захист інформації під час обміну даними для протоколів прикладного рівня стека ТСР/ІР.

П'ятий рівень називають сеансовим тому, що основним його призначенням є організація сеансового зв'язку між прикладними процесами, розташованими в різних абонентських системах. На даному рівні створюються порти для прийому і передачі повідомлень і організуються з'єднання - логічні канали між процесами. Необхідність протоколів даного рівня визначається відносною складністю мережі передачі даних і прагненням забезпечити достатньо високу надійність передачі інформації.

На сеансовому рівні визначається, яка з сторін є активною на даний момент, а також надає засоби синхронізації. Останні дозволяють організовувати контрольні точки у довгих передачах, щоб у випадку відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, не починаючи всю передачу даних спочатку. На практиці небагато прикладних програм застосовують сеансовий рівень і він рідко реалізується у вигляді окремих протоколів, хоч функції цього рівня часто поєднують з функціями прикладного рівня і реалізують у одному протоколі.

Четвертий рівень – транспортний рівень відкритих систем – відповідає за прозоре передавання інформації надійним та економічно вигідним способом між об’єктами (ПК) сеансового рівня. Транспортний рівень звільняє об’єкти сеансового рівня від проблем реального транспортування даних. Він також оптимізує послуги мережі з метою досягнення мінімального рівня вартості експлуатаційних характеристик та відповідає за цілісність даних, що передаються в мережі. Функції транспортного рівня містять наскрізне послідовне керування, наскрізне керування потоком, знаходження та виправлення помилок, поточний контроль якості послуг. Транспортний рівень забезпечує передачу даних з тією ступінню надійності, яка потрібна прикладним програмам. Модель OSI визначає п’ять класів сервісу, який надає транспортний рівень. Ці класи сервісу відрізняються послугами, що надаються: терміновістю, можливістю поновлення перерваного зв’язку, мультиплексуванням декількох з’єднань, утворених для різних прикладних протоколів через загальний транспортний протокол, а головне – виявлення та виправлення похибок передавання, таких як викривлення, втрата та дублювання пакетів. Вибір класу сервісу транспортного рівня визначається вмінням прикладної програми перевіряти дані та надійністю всієї системи транспортування у мережі.

Починаючи з транспортного рівня, всі вищерозташовані протоколи реалізуються програмними засобами, які звичайно підключаються до складу мережної операційної системи.

В якості прикладу транспортних протоколів можна навести протоколи TCP i UDP стека ТСР/ІР і протокол SPX стека Novell.

Протоколи нижніх чотирьох рівнів узагальнено називають транспортною підсистемою, або транспортною службою, так як вони повністю розв'язують задачу транспортування повідомлень із заданим рівнем якості у складних мережах з довільною топологією та різними технологіями. Інші три рівні розв'язують задачі надання прикладних сервісів на основі існуючої транспортної підсистеми.

Третій рівень – мережний рівень відкритих систем – реалізує додаткові функції маршрутизації для того, щоб “кадри” канального рівня були прозорі (доступні) для різноманітного мережного обладнання, засобів передавання та доступу. Мережний рівень слугує для роботи у довільних мережних топологіях із збереженням простоти передавання пакету у базових топологіях. Раніше взаємодію неоднорідних (за топологією) мереж забезпечували за допомогою прикладних програм.

Канальний рівень не дозволяє виконувати адресацію у складених мережах. Тому під час об’єднання мереж у кадри канального рівня додається заголовок мережного рівня. Цей заголовок дозволяє знаходити адресата у мережі із будь-якою топологією.

Повідомлення мережного рівня прийнято називати пакетами (packets). Заголовок пакета мережного рівня має уніфікований формат, який не залежить від форматів кадрів канального рівня мереж, які входять у об’єднану мережу. Основне місце у заголовку мережного рівня відводиться адресі отримувача. При цьому застосовується не МАС-адреса, а складена адреса – номер мережі і номер абонента у цій мережі. Така адресація дозволяє протоколам мережного рівня складати точну схему зв’язку та вибирати оптимальні маршрути за будь-якої топології. Заголовок пакета мережного рівня може також містити додаткову інформацію, наприклад, час життя пакета у мережі, інформацію про зв’язки між мережами, дані для фрагментації та збирання пакету, інформацію про завантаженість мережі, вимоги до якості обслуговування і таке інше.

Логічне з’єднання на мережному рівні забезпечує механізм доставки пакетів від відправника до отримувача у масштабі часу, який визначається мережним протоколом, що застосовується. За цим різні мережні протоколи можуть вносити різні технологічні затримки у передачу даних.

Ключовим поняттям мережного рівня є поняття абстрактної комутаційної системи або міжмережного обміну. Комутація під час передавання маленьких блоків, а не файлів або великих повідомлень, має ряд переваг. По-перше, вона напряму відображається у базове мережне обладнання, що робить її дуже ефективною. По-друге, вона відокремлює процеси передачі даних від прикладних програм, дозволяючи комп’ютерам обробляти мережний трафік, не знаючи, які прикладні програми передають його. По-третє, вона робить систему гнучкою, підтримуючи мережні протоколи загального призначення. По-четверте, вона дозволяє адміністраторам мереж вводити нові мережні технології, модифікуючи тільки програмне забезпечення мережного рівня, не вносячи при цьому ніяких змін у прикладні програми. Логіка об’єднаної мережі відокремлює мережну взаємодію від деталей мережних технологій і приховує низькорівневі подробиці від користувача. Вона визначає проектування програм і фізичну адресацію та маршрутизацію.

Є два методи призначення мережної адреси:

• у першому методі мережна та канальна адреси не співпадають, що забезпечує гнучкість за рахунок незалежності від формату адреси канального рівня. Недоліком методу є необхідність повторної (найчастіше вручну) нумерації станцій у мережі. Даний метод знайшов застосування у мережах, побудованих на базі протоколу ІР;
• у другому методі на мережному рівні застосовується адреса канального рівня. Це позбавляє адміністратора від привласнювання адрес вручну і встановлення відповідності між мережними та канальними адресами одного й того ж абонента у мережі. Однак цей метод призводить до складностей інтерпретації адреси вузла в мережах із різними форматами адрес. Метод знайшов застосування у мережах, побудованих на базі протоколу ІРХ.

На мережному рівні діють два види протоколів. Перший відноситься до визначення правил передачі пакетів від кінцевих вузлів до маршрутизаторів і між маршрутизаторами. Протоколи мережного рівня реалізуються драйверами операційної системи, а також програмними та апаратними засобами маршрутизаторів. Прикладами протоколів мережного рівня є протокол ІР стека ТСР/ІР і протокол міжмережного обміну пакетами ІРХ Novell.

Другий рівень – канальний рівень відкритих систем – формує з даних, що передаються на фізичному рівні, так звані кадри (frame) або послідовності кадрів. На цьому рівні здійснюється також керування доступом до передавального середовища, яке використовується кількома машинами. У локальних мережах застосовується поділюване середовище. Основним призначенням канального рівня є прийом кадру з мережі та відправлення його в мережу. Під час виконання цієї задачі канальний рівень здійснює:

• фізичну адресацію повідомлень, що передаються;
• дотримання правил застосування фізичного каналу;
• виявлення несправностей;
• керування потоками інформації.

Функції канального рівня реалізуються встановленими у комп’ютерах мережними адаптерами та відповідними драйверами, а також різним комунікаційним обладнанням: мостами, комутаторами, маршрутизаторами.

ІЕЕЕ (Institute of Electrical and Electronics Engenierings, Інститут електротехніки та електроніки) запропонував інший варіант моделі OSI. ІЕЕЕ-модель відрізняється тим, що у локальних мережах канальний рівень поділяється на два підрівня:

• рівень керування логічним каналом (Logical Link Control – LLC);
• рівень доступу до середовища ((Media Access Layer – MAC).

Рівень LLC відповідає за достовірну передачу кадрів між станціями мережі і взаємодіє з мережним рівнем. МАС-рівень лежить нижче LLC-рівня і забезпечує доступ до каналу передачі даних. Рівень LLC дає вищим рівням можливість керувати якістю послуг. LLC забезпечує сервіс трьох типів:

• cервіс без підтвердження доставки і встановлення з’єднання. Цей вид сервісу називають дейтаграмним, він не гарантує доставку кадрів;
• сервіс із встановленням з’єднання, здатний забезпечити надійний обмін кадрами;
• сервіс без встановлення з’єднання із підтвердженням доставки.

Головною функцією МАС-рівня є забезпечення доступу до каналу. На цьому рівні формується фізична адреса пристрою, під’єднаного до каналу. Ця фізична адреса також називається МАС-адресою. Кожен пристрій мережі ідентифікується цією унікальною адресою, яка привласнюється всім мережним інтерфейсам пристрою. МАС-адреса дозволяє виконувати точечну адресацію кадрів, групову і широкомовну. Під час передачі даних у мережі відправник вказує МАС-адресу отримувача у кадрі, що передається.

Крім того, МАС-рівень повинен узгоджувати дуплексний режим роботи рівня LLC із фізичним рівнем. Для цього він буферизує кадри для передачі їх за призначенням у момент отримання доступу до середовища.

Перший рівень – фізичний рівень систем – визначає межу між фізичним середовищем (лінією зв’язку) та канальним рівнем. Еталонна модель відкритих систем фізичний рівень визначає так: ”Фізичний рівень забезпечує механічні, електричні, функціональні та процедурні способи активації, підтримки та деактивації фізичних з’єднань за побітової передачі між канальними об’єктами.” Для відкритих систем фізичний рівень забезпечує інтерфейс між комп'ютером, що бере (беруть) участь у взаємодії, та середовищем передавання дискретних сигналів. Фізичний рівень через інтерфейс керує потоком даних.

Функції фізичного рівня реалізуються у всіх пристроях, підключених до мережі. У комп’ютері фізичний рівень підтримується мережним адаптером. Єдиним типом обладнання, яке працює тільки на фізичному рівні, є повторювачі.

Прикладом протоколу фізичного рівня може слугувати специфікація 10Base-T технології Ethernet, яка визначає в якості кабеля, що використовується, неекрановану кручену пару категорії 3 із хвильовим опором 100 Ом, з'єднувач RJ-45, максимальну довжину фізичного сегменту 100 метрів, манчестерський код для подання даних у кабелі, а також деякі інші характеристики середовища та електричних сигналів.

Нульовий рівень - фізичне середовище передавання БОСМ (усі існуючі засоби та носії сигналу): багатожильні кабелі; виті пари провідників; бі- та триаксиальні і силові кабелі; волоконно-оптичний кабель; телефонні кабелі; коаксіальні кабелі; радіоканали; супутникові телеметричні канали.

Розглянуті фізичний, канальний та мережний рівні моделі OSI є обов’язковими практично для всіх технологій. Саме на цих рівнях формуються інформаційні потоки, відбувається комутація і маршрутизація по мережах та здійснюється доставка даних отримувачу. У зв’язку з тим, що багато технологій розроблялися паралельно із прийняттям еталонної моделі OSI, назви і призначення їх підрівнів змінювалися для узгодження з цією моделлю. У таблиці 1.2.1 наведено відповідність трьох нижніх рівнів різних сучасних технологій рівням еталонної моделі OSI.

Табл. 1.2.1

Рівні OSI	Рівні ІЕЕЕ	Рівні Х.25	Рівні 802.х	Рівні Frame Relay	Рівні FDDI	Рівні АТМ
Мережний		PLP	802.1	0.933 (SVC)	EEE 802.2 LLC/MAC	SMT	AAL
Канальний	LLC/ MAC	LAP-B	802.1	LAP-F	PHY		Рівень АТМ
Фізичний	Фізичний	X.21, X/21bis	802.3	802.4	802.5	802.6	BRI i PRI	PMD		Фізичний

Чотири нижніх рівні утворюють транспортну службу комп'ютерної мережі, яка забезпечує передачу ("транспортування") інформації між абонентськими системами, вивільняючи більш високі рівні від розв'язання цих задач.

В свою чергу, три верхніх рівні, які забезпечують логічну взаємодію прикладних процесів, функціонально об'єднуються у абонентську службу.

Просте перерахування рівнів недостатньо для визначення правил взаємодії систем, тому в рамках еталонної моделі також визначаються послуги, які повинні забезпечувати її рівні.

Послуги різних рівнів визначаються за допомогою протоколів еталонної моделі взаємодії відкритих систем, які являють собою правила взаємодії об'єктів однойменних рівнів відкритих систем. У відповідності із семирівневою моделлю взаємодії відкритих систем вводиться сім типів протоколів, які йменуються так само, як і рівні.

Дата добавления: 2014-01-07