Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем

(модель OSI)

Обобщенная структура любой программной или информационной системы может быть представлена, как было отмечено выше, двумя взаимодействующими частями:

1) функциональной части, включающей в себя прикладные про­граммы, которые реализуют функции прикладной области;

2) среды или системной части, обеспечивающей исполнение при­кладных программ.

С этим разделением и обеспечением взаимосвязи тесно связаны две группы вопросов стандартизации:

1) стандарты интерфейсов взаимодействия прикладных программ со средой ИС, прикладной программный интерфейс (Application ProgramInterface — API);

2) стандарты интерфейсов взаимодействия самой ИС с внешней для нее средой (External Environment Interface — EEI).

Эти две группы интерфейсов определяют спецификации внешнего описания среды ИС — архитектуру, с точки зрения конечного пользо­вателя, проектировщика ИС, прикладного программиста, разрабаты­вающего функциональные части ИС.

Спецификации внешних интерфейсов среды ИС и интерфейсов взаимодействия между компонентами самой среды — это точные опи­сания всех необходимых функций, служб и форматов определенного интерфейса. Совокупность таких описаний составляет эталонную мо­дель взаимосвязи открытых систем.

Эта модель используется более 20 лет, она «выросла» из сетевой архитектуры SNA (System Network Architecture), предложенной ком­панией «IBM». Модель взаимосвязи открытых систем OSI (Open Systems Interconnection) используется в качестве основы для разработ­ки многих стандартов ISO в области ИТ. Публикация этого стандарта подвела итог многолетней работы многих известных телекоммуника­ционных компаний и стандартизующих организаций.

В 1984 г. модель получила статус международного стандарта ISO 7498, а в 1993 г. вышло расширенное и дополненное издание ISO 7498-1-93. Стандарт имеет составной заголовок «Информационно-вычис­лительные системы — Взаимосвязь (взаимодействие) открытых сис­тем — Эталонная модель». Краткое название — «Эталонная модель взаимосвязи (взаимодействия) открытых систем» (Open Systems Interconnection / BasicReference Model — OSI/BRM).

Модель основана на разбиении вычислительной среды на семь уров­ней, взаимодействие между которыми описывается соответствующими стандартами и обеспечивает связь уровней вне зависимости от внутрен­него построения уровня в каждой конкретной реализации. Основным достоинством этой модели является детальное описание свя­зей в среде с точки зрения технических устройств и коммуникацион­ных взаимодействий. Вместе с тем она не принимает в расчет взаимо­связь с учетом мобильности прикладного программного обеспечения.

Преимущества «слоистой» организации модели взаимодействия заключаются в том, что она обеспечивает независимую разработку уровневых стандартов, модульность разработок аппаратуры и про­граммного обеспечения информационно-вычислительных систем и способствует тем самым техническому прогрессу в этой области.

В соответствии с ISO 7498 выделяют семь уровней (слоев) инфор­мационного взаимодействия, которые отделены друг от друга стандарт­ными интерфейсами:

1) уровень приложения (прикладной уровень);

2) уровень представления;

3) сеансовый (уровень сессии);

4) транспортный;

5) сетевой;

6) канальный;

7) физический.

Таким образом, информационное взаимодействие двух или более систем представляет собой совокупность информационных взаимодей­ствий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной инфор­мационной системы взаимодействует, как правило, с соответствующим слоем удаленной системы.

Протоколом является набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней различных систем.

Интерфейс — это совокупность правил, в соответствии с которы­ми осуществляется взаимодействие с объектом данного или другого уровня. Стандартный интерфейс в некоторых спецификациях может называться услугой.

Инкапсуляция — это процесс помещения фрагментированных бло­ков данных одного уровня в блоки данных другого уровня.

При разбиении среды на уровни соблюдались следующие принципы:

• не создавать слишком много мелких разбиений, так как это ус­ложняет описание системы взаимодействий;

• формировать уровень из легко локализуемых функций — это в случае необходимости позволяет быстро перестраивать уровень и су­щественно изменить его протоколы для использования новых реше­ний в области архитектуры, программно-аппаратных средств, языков программирования, сетевых структур, не изменяя при этом стандарт­ные интерфейсы взаимодействия и доступа;

• располагать на одном уровне аналогичные функции;

• создавать отдельные уровни для выполнения таких функций, ко­торые явно различаются по реализующим их действиям или техни­ческим решениям;

• проводить границу между уровнями в таком месте, где описание услуг является наименьшим, а число операций взаимодействий через границу (пересечение границы) сведено к минимуму;

• проводить границу между уровнями в таком месте, где в опреде­ленный момент должен существовать соответствующий стандартный интерфейс.

Каждый уровень имеет протокольную спецификацию, т.е. набор правил, управляющих взаимодействием равноправных процессов од­ного и того же уровня, и перечень услуг, которые описывают стандарт­ный интерфейс с расположенным выше уровнем. Каждый уровень ис­пользует услуги расположенного ниже уровня, каждый расположен­ный ниже предоставляет услуги расположенному выше. Приведем краткую характеристику каждого уровня.

Уровень 1 — уровень приложения (прикладной уровень). Этот уро­вень связан с прикладными процессами. Протоколы предназначены для обеспечения доступа к ресурсам сети и программам-приложени­ям пользователя. На данном уровне определяется интерфейс с комму­никационной частью приложений. В качестве примера можно привес­ти протокол Telnet, который обеспечивает доступ пользователя к хосту(глазному вычислительному устройству, одному из основных Элементов в многомашинной системе, или любому устройству, под­ключенному к сети и использующему протоколы TCP/IP) в режиме удаленного терминала.

Уровень 2 — уровень представления. На этом уровне информация преобразуется к такому виду, в каком это требуется для выполнения прикладных процессов. Например, выполняются алгоритмы преобра­зования формата представления данных — ASC II или КОИ-8. Если для представления данных используется дисплей, то эти данные по заданному алгоритму формируются в виде страницы, которая выво­дится на экран.

Уровень 3 — сеансовый уровень (уровень сессии). На данном уровне устанавливаются, обслуживаются и прекращаются сессии между пред­ставительными объектами приложений (прикладными процессами). В качестве примера протокола сеансового уровня можно рассмотреть протокол RPC (Remote Procedure Call). Как следует из названия, дан­ный протокол предназначен для отображения результатов выполне­ния процедуры на удаленном хосте. В процессе выполнения этой про­цедуры между приложениями устанавливается сеансовое соединение. Назначением данного соединения является обслуживание запросов, которые возникают, например, при взаимодействии приложения-сер­вера с приложением-клиентом.

Уровень 4 — транспортный уровень. Этот уровень предназначен для управления потоками сообщений и сигналов. Управление потоком является важной функцией транспортных протоколов, поскольку этот механизм позволяет надежно обеспечивать передачу данных по сетям с разнородной структурой, при этом в описание маршрута включают­ся все компоненты коммуникационной системы, обеспечивающие передачу данных на всем пути от устройств отправителя до приемных устройств получателя. Управление потоком заключается в обязатель­ном ожидании передатчиком подтверждения приема обусловленного числа сегментов приемником. Число сегментов, которое передатчик может отправить без подтверждения их получения от приемника, на­зывается окном.

Существует два типа протоколов транспортного уровня: сегменти­рующие и дейтаграммные. Сегментирующие протоколы транспортно­го уровня разбивают исходное сообщение на блоки данных транспор­тного уровня — сегменты. Основной функцией таких протоколов яв­ляется обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегменти­руют сообщение, они отправляют его одним пакетом вместе с адрес­ной информацией. Пакет данных — дейтаграмма (Datagram) маршру­тизируется в сетях с переключением адресов или передается по ло­кальной сети прикладной программе или пользователю.

Уровень 5 — сетевой уровень. Основной задачей протоколов сете­вого уровня является определение пути, который будет использован для доставки пакетов данных при работе протоколов верхних уров­ней. Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес. Группы хостов, объединенные по территориальному принципу, образуют сети. Для упрощения задачи маршрутизации се­тевой адрес хоста составляется из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Таким образом, задача маршрутизации распадается на две: по­иск сети и поиск хоста в этой сети.

Уровень 6 — канальный уровень (уровень звена данных). Назначе­нием протоколов канального уровня является обеспечение передачи данных в среде передачи по физическому носителю. В канале форми­руется стартовый сигнал передачи данных, организуется начало пере­дачи, производится сама передача, проводится проверка правильнос­ти процесса, осуществляется отключение канала при сбоях и восста­новление после ликвидации неисправности, формирование сигнала на окончание передачи и перевода канала в ждущий режим.

На канальном уровне данные передаются в виде блоков, которые называются кадрами. Тип используемой среды передачи и ее тополо­гия во многом определяют вид кадра протокола транспортного уров­ня, который должен быть использован. При использовании тополо­гии «общая шина» и Point-to-Multipoint средства протокола каналь­ного уровня задают физические адреса, с помощью которых будет производиться обмен данными в среде передачи и процедура доступа к этой среде. Примерами таких протоколов являются протоколы Ethernet (в соответствующей части) и HDLC. Протоколы транспорт­ного уровня, которые предназначены для работы в среде типа «точка-

точка», не определяют физических адресов и имеют упрощенную про­цедуру доступа. Примером протокола такого типа является протокол РРР.

Уровень 7 — физический уровень. Протоколы этого уровня обеспе­чивают непосредственный доступ к среде передачи данных для прото­колов канального и последующих уровней. Данные передаются с по­мощью протоколов данного уровня в виде последовательностей битов (для последовательных протоколов) или групп битов (для параллель­ных протоколов). На этом уровне определяются набор сигналов, кото­рыми обмениваются системы, параметры этих сигналов (временные и электрические) и последовательность формирования сигналов при выполнении процедуры передачи данных. Кроме того, на данном уров­не формулируются требования к электрическим, физическим и меха­ническим характеристикам среды передачи, передающих и соедини­тельных устройств.

Таким образом, эталонная модель взаимосвязи (взаимодействия) открытых систем описывает и реализует стандартизованную систему ^взаимодействия в процессах обмена информацией и данными между прикладными программами и системами в вычислительных сетях. Стандартизация интерфейсов обеспечивает полную прозрачность вза­имодействия вне зависимости от того, каким образом устроены уров­ни в конкретных реализациях модели.