Раздел 2. Модель взаимодействия открытых систем

Для единого представления данных в сетях с неоднородными устройствами и программным обеспечением международная организация по стандартам ISO (International Standardization Organization) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection).

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, операционная система, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), построенные в соответствии с открытыми спецификациями.

Модель взаимодействие открытых систем описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи.

Основными элементами модели являются: уровни, прикладные процессы и физические средства соединения. На рис.1 представлена структура базовой модели.

Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем.

Рисунок 1. Модель OSI

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Если приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, то для обмена данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

1. Прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам средства доступа к области взаимодействия, является верхним уровнем и непосредственно примыкает к прикладным процессам. В действительности прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например с помощью протокола электронной почты.

2. Уровень представления данных или представительский уровень представляет данные, передаваемые между прикладными процессами, в нужной форме. Этот уровень обеспечивает то, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. В случаях необходимости уровень представления в момент передачи информации выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а в момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование.

3. Сеансовый уровень – это уровень, определяющий процедуру проведения сеансов между пользователями или прикладными процессами. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации.

4. Транспортный уровень предназначен для передачи пакетов через коммуникационную сеть. На транспортном уровне пакеты разбиваются на блоки. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням модели (прикладному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется.

5. Сетевой уровень обеспечивает прокладку каналов, соединяющих абонентские и административные системы через коммуникационную сеть, выбор маршрута наиболее быстрого и надежного пути. Он устанавливает связь в вычислительной сети между двумя системами и обеспечивает прокладку виртуальных каналов между ними и сообщает транспортному уровню о появляющихся ошибках. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packet), в которых помещаются фрагменты данных. Сетевой уровень отвечает за их адресацию и доставку.

6. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит, в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка.

7. Физический уровень предназначен для сопряжения с физическими средствами соединения. На этом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Он получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел.

Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами.

Одним из самых распространенных транспортных протоколов является стек TCP/IP, состоящий из двух протоколов IP и TCP, которые в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность доставки.

Хотя эти протоколы неразрывно связаны с Интернет и много миллионов компьютеров работает на основе этого стека, существует достаточно большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющиеся частями Интернет, в которых также используются протоколы TCP/IP. Для отличия таких сетей от Интернет, их называют TCP/IP или просто IP -сетями.