Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 3. Стандартизація мережних протоколів і телекомунікаційного обладнання   /  Тема 3.3. Еталонна модель взаємодії відкритих систем

Зміст:

3.3.3. Загальна характеристика моделі OSI

Сутність технології відкритих систем полягає в забезпеченні портативності (portability) прикладних програм між різними комп’ютерними платформами або пристроями телекомунікацій при збереженні взаємодії (interoperability) таких систем один з одним. Технічно це досягається за рахунок використання стандартизованих програмних і апаратних інтерфейсів між компонентами (рівнями) відкритих систем.

Стандартизація взаємозв’язку систем охоплює три рівні опису засобів інформаційного обміну. На першому рівні специфікується еталонна модель взаємодії відкритих систем, у рамках якої визначаються основні поняття і загальна структура взаємозв’язку, описуються принципи побудови системи базових стандартів, тобто визначаються мова опису і методологічні основи побудови й опису стандартів ЕМВВС.

На другому рівні визначаються специфікації сервісу (послуг), що надаються окремими компонентами ЕМВВС, тобто на цьому рівні стандартизуються функціональні можливості рівнів моделі.

Третій рівень опису є найбільш детальним. На цьому рівні здійснюється специфікація протоколів інформаційного обміну між функціональними елементами еталонної моделі, що визначають правила й формати взаємодії елементів.

Роботи з організації і стандартизації взаємодії відкритих систем постійно ведуться як на рівні найкрупніших виробників обчислювальних засобів і телекомунікацій (Cisco System, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems тощо), так і на рівні урядових організацій. Провідне місце в галузі стандартизації відкритих систем належить Спільному технічному комітету СТК-1 (Join Technical Committee, JTC-1), організації ISO, а також Міжнародній електротехнічній комісії (International Electrotechnical Commission, IEC) і Міжнародному союзу електрозв’язку.

Для створення моделі взаємодії відкритих систем у 1977 році Міжнародною організацією зі стандартизації був створений підкомітет щодо розробки стандартів в галузі інформаційних систем, до завдань якого входило розв’язання питань:

  • уніфікації опису роботи окремої системи;
  • визначення й уніфікації інтерфейсу для обміну інформацією між системами;
  • усунення технічних перешкод для зв’язку систем.

У результаті проведеної роботи був розроблений ряд специфікацій, які визначають правила взаємодії різних технічних пристроїв, на основі яких у ході спільної діяльності ряду міжнародних організацій зі стандартизації — ISO, ITU-T і деяких інших у 1984 р. було створено модель, відому як еталонна модель взаємодії відкритих систем — ЕМВВС (Open System Interconnection, OSI).

Використання моделі OSI в умовах наявності досить різноманітних апаратно-програмних рішень, окремих методів розподілу й обробки інформації реалізує принципи системного підходу при аналізі та синтезі мереж зв’язку, що дозволило б забезпечити в майбутньому їхній розвиток і адаптацію, як до нових видів обслуговування і технологій, так і до знов створюваної техніки. Сама ж еталонна модель взаємодії відкритих систем у зв’язку з цим являє собою досить загальну форму опису структури відкритої інформаційної системи, компонент, що входять до неї, а також правил і процедур взаємодії останніх у процесі виконання системою поставлених задач.

У моделі OSI (рис. 3.3.2) засоби взаємодії поділять на сім рівнів: прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережний, канальний і фізичний. Кожний рівень має справу з певним аспектом взаємодії мережних пристроїв.

Рис. 3.3.2. Основні рівні ЕММВС

Оскільки нижні рівні (з 1 до 3) моделі OSI управляють фізичною доставкою повідомлень по мережі, їх, як правило, називають рівнями середовища передачі даних (media layers). Верхні рівні (з 4 до 7) моделі OSI забезпечують точну доставку даних між термінальним обладнанням користувачів мережі, тому їх часто називають рівнями хост-машини (host layers) (рис. 3.3.2).

У моделі OSI розрізняють два види протоколів: протоколи із встановленням з’єднання і протоколи без попереднього встановлення з’єднання. У першому випадку перед обміном даними відправник і отримувач спочатку мають встановити з’єднання й вибрати певні параметри протоколу, які використовуватимуться при обміні даними. Після завершення обміну даними відправник і отримувач мають розірвати з’єднання. У другому випадку відправник передає повідомлення без попередніх дій.

Слід також мати на увазі, що аплікація може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, окремі системи управління базами даних мають вбудовані засоби віддаленого доступу до файлів. У цьому разі аплікація, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; вона обходить верхні рівні моделі OSI і звертається безпосередньо до системних засобів, відповідальних за транспортування повідомлень по мережі, які розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.

Логіка роботи ЕМВВС полягає в такому (рис. 3.3.3). Нехай аплікація звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається із заголовка і поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку необхідно передати через мережу прикладному рівню машини-адресата, щоб повідомити йому, яку роботу слід виконати. У цьому разі заголовок, очевидно, має містити інформацію про місцезнаходження файлу і про тип операції, яку необхідно виконати. Проте для того щоб доставити цю інформацію за призначенням, слід розв’язати ще багато задач, відповідальність за які несуть уже нижчі рівні.

Рис. 3.3.3. Логіка роботи ЕМВВС

Після формування повідомлення прикладний рівень спрямовує його вниз по стеку представницькому рівню. Протокол представницького рівня на підставі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії і додає до повідомлення власну службову інформацію — заголовок представницького рівня, у якому містяться вказівки для протоколу представницького рівня вузла-адресата. Отримане в результаті повідомлення передається вниз сеансовому рівню, що, у свою чергу, додає свій заголовок, тощо. (Деякі протоколи поміщають службову інформацію не тільки на початку повідомлення у вигляді заголовка, але й наприкінці, у вигляді так званого «кінцевика».) Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, який, власне, і передає його по лініях зв’язку вузлу-адресатові. До цього моменту повідомлення «обростає» заголовками всіх рівнів (рис. 3.3.3, 3.3.4).

Рис. 3.3.4. Вкладеність повідомлень різних рівнів

Коли повідомлення по мережі надходить на вузол-адресат, воно приймається її фізичним рівнем і послідовно переміщується нагору з рівня на рівень. Кожний рівень аналізує й обробляє заголовок свого рівня, виконуючи відповідні цьому рівню функції, а потім видаляє цей заголовок і передає повідомлення вищому рівню.

Поряд з терміном повідомлення (message) існують і інші терміни, що застосовують мережні фахівці для позначення одиниць даних у процедурах обміну. У стандартах ISO для позначення одиниць даних, з якими мають справу протоколи різних рівнів, використовується загальна назва протокольний блок даних (Protocol Data Unit, PDU). Для позначення блоків даних певних рівнів (див. рис. 3.3.2) часто використовуються спеціальні назви: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграма (datagram), сегмент (segment). Проміжок часу, протягом якого процес формує повідомлення, включаючи необхідну для його передачі супутню інформацію, і виконується взаємодія систем, називають сеансом зв’язку або сесією. З урахуванням усього вищевикладеного ЕМВВС дозволяє забезпечити розв’язання завдань опису множини функцій, що визначають правила взаємодії відкритих систем і, як наслідок, основних вимог щодо фізичних засобів з’єднання, не розглядаючи структуру та характеристики останніх.

Організація взаємодії між абонентами починається з моменту активізації процесів, інтерфейсів і протоколів прикладним рівнем, тобто рівнем-ініціатором, з почерговим залученням у роботу всіх наступних рівнів, аж до фізичного рівня.