Открытые системы и модель OS_
1. Открытые системы и модель OSІ
Протоколы, интерфейсы, стеки протоколов
Компьютерные сети, как правило, состоят из различного оборудования разных производителей, и без принятия всеми производителями общепринятых правил построения ПК и сетевого оборудования, обеспечить нормальное функционирование сетей было бы невозможно. То есть для обеспечения нормального взаимодействия этого оборудования в сетях необходим единый унифицированный стандарт, который определял бы алгоритм передачи информации в сетях. В современных вычислительных сетях роль такого стандарта выполняют сетевые протоколы.
В связи с тем, что описать единым протоколом взаимодействия между устройствами в сети не представляется возможным, то необходимо разделить процесс сетевого взаимодействия на ряд концептуальных уровней (модулей) и определить функции для каждого модуля и порядок их взаимодействия, применив метод декомпозиции.
Используется многоуровневый подход метода декомпозиции, в соответствии с которым множество модулей решающих частные задачи упорядочивают по уровням образующим иерархию, процесс сетевого взаимодействия можем представить в виде иерархически организованного множества модулей.
Протокол, интерфейс, стек протоколов
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть необходимо организовать согласованную работу двух иерархий, работающих на разных компьютерах.
Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователя. Декомпозиция предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями.
Взаимодействие одноименных функциональных уровней по горизонтали осуществляется посредством протоколом. Протоколом называется набор правил и методов взаимодействия одноименных функциональных уровней объектов сетевого обмена.
Взаимодействия функциональных уровней по вертикали осуществляется через интерфейсы. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему уровню.
Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета информации через сеть от клиентской программы, работающей на одном компьютере ПК 1, к клиентской программе, работающей на другом компьютере ПК 2, можно условно представить в виде последовательной пересылки этого пакета сверху вниз от верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, к нижнему уровню, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер ПК 2 и обратной передачи верхнему уровню уже на ПК 2.
Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В зависимости от типа устройств в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.
Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. В сети Интернет базовым набором протоколов является стек протоколов TCP/IP.
Модель OSІ-ISO
28. Управление редакционным коллективом - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.
Эталонная модель OSІ (Open System Interconnection - OSI), разработанная в 1984 году Международной организацией по стандартизации (International Organization of Standardization – ISO), является определяющим документом концепции разработки открытых стандартов для организации соединения систем. Открытая система - система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.
Семиуровневая эталонная модель “Взаимосвязь открытых систем” была разработана с целью упрощения взаимодействия устройств в сетях.
Модель представляет собой рекомендации (разработчикам сетей и протоколов) для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, и служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Рекомендации стандарта должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.
Модель OSI определяет семь уровней взаимодействия систем в сетях с коммуникацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Каждый уровень функционирует независимо от выше - и нижележащих уровней. Каждый уровень может общаться с непосредственным соседним уровнем, однако он полностью изолирован от прямого обращения к следующим уровням.
Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами.
В соответствии с эталонной моделью сетевая система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия абонентов. Последние разбиваются на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.
При запуске на компьютере любого приложения, для функционирования которого требуется диалог с сетью, это приложение вызывает соответствующий протокол прикладного уровня сетевого программного обеспечения. Прикладной уровень формирует сообщение стандартного формата. Обычно сообщение состоит из заголовка и поля данных.
Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню компьютера-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. Поле данных содержит данные, необходимые для выполнения этой работы.
После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз к представительному уровню. Представительный уровень, на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию – заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для представительного уровня машины-адресата.
Полученное сообщение отправляется вниз сеансовому уровню, который добавляет свой заголовок и т.д. до физического уровня, который передает сформированное сообщение по линиям связи. К этому моменту сообщение имеет заголовки всех уровней.
Когда сообщение поступает в компьютер - адресат, оно принимается физическим уровнем и последовательно передается вверх с уровня на уровень. Причем каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.
Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.
Протоколы реализуются автономными и сетевыми операционными системами (коммуникационными средствами, которые входят в ОС), а также устройствами телекоммуникационного оборудования (сетевыми адаптерами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами).
Рассмотрим функции, выполняемые каждым функциональным уровнем семиуровневой модели взаимодействия открытых систем при передаче пакета данных от сетевого приложения, одного компьютера к сетевому приложению, работающему на другом компьютере.
Механизм передачи сообщения между ПК1 и ПК2 можно представить в виде последовательной пересылки этого сообщения сверху вниз от прикладного уровня до физического уровня. Затем физический уровень ПК1 обеспечивает пересылку сообщения (данных) по сети физическому уровню ПК2. Далее сообщение передается снизу вверх от физического уровня до прикладного уровня ПК2.
1. Прикладной уровень – самый верхний уровень модели OSI. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок. Прикладной уровень получает запрос (сообщение) от сетевого приложения, работающего на компьютере ПК1, который требуется передать сетевому приложению, работающему на ПК2.
2. Представительный уровень (уровень представления данных) определяет формат, используемый для обмена данными между ПК1 и ПК2. На ПК1 данные, поступившие от прикладного уровня, на представительном уровне переводятся в промежуточный формат. На ПК2 на этом уровне происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера.
3. Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на ПК1 и ПК2 устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек.
4. Транспортный уровень осуществляет контроль данных и гарантирует доставку пакетов без ошибок. Кроме того, транспортный уровень выполняет деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней ПК1, на пакеты данных (при передаче данных) и формирование первоначальных сообщений в ПК2 из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни.
Транспортный уровень и уровни, которые находятся выше, реализуются программными средствами ПК1 и ПК2 (компонентами их сетевых операционных систем). Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами.
5. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, которые могут иметь различные принципы передачи сообщений. Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а доставку данных между сетями выполняет сетевой уровень. Сетевой уровень реализуется программными модулями операционной системы, программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.
6. Канальный уровень обеспечивает пересылку пакетов между любыми двумя ПК локальной сети. Кроме того, канальный уровень осуществляет управление доступом к передающей среде. Функции канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.
7. Физический уровень обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. Этот уровень характеризует параметры физической среды передачи данных. Физический уровень определяет характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, типы разъемов и назначение каждого контакта. Как правило, функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или портом.
В вычислительных сетях, как правило, применяются наборы протоколов, а не все функциональные уровни модели взаимодействия открытых систем. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия оборудования в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.
Наиболее популярными являются стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI/NetBIOS, и другие. Эти стеки протоколов на физическом и канальном уровнях используют стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. На верхних уровнях все стеки работают со своими собственными протоколами.
