ЛЕКЦІЯ №3 Еталонна модель взаємодії відкритих систем

План лекції:

1Розвиток моделі OSI

2 Поняття  моделі OSI

3  Функції рівнів

 

1 Ця модель використовується понад 20 років, вона «виросла» з мережевої архітектури SNA (System Network Architecture), запропонованої компанією «IBM». Модель взаємозв’язку відкритих систем OSI (Open Systems Interconnection) використовується в якості основи для розробки багатьох стандартів ISO в галузі ІТ. Публікація цього стандарту підвела підсумок багаторічної роботи багатьох відомих телекомунікаційних компаній і стандартизующих організацій.

У 1984 р. модель отримала статус міжнародного стандарту ISO 7498, а в 1993 р. вийшло розширене і доповнене видання ISO 7498-1-93. Стандарт має складовою заголовок «Інформаційно-обчислювальні системи — Взаємозв’язок (взаємодія) відкритих систем — Еталонна модель». Коротка назва — «Еталонна модель взаємозв’язку (взаємодії) відкритих систем (Open Systems Interconnection / Basic Reference Model — OSI/ BRM).

Модель базується на розбитті обчислювальної середовища на сім рівнів, взаємодія між якими описується відповідними стандартами і забезпечує зв’язок рівнів незалежно від внутрішньої побудови рівня в кожній конкретній реалізації. Основною перевагою цієї моделі є детальний опис зв’язків у середовищі з точки зору технічних пристроїв і комунікаційних взаємодій. Разом з тим вона не бере в розрахунок взаємозв’язок з урахуванням мобільності прикладного програмного забезпечення.

 

  1. Згідно ISO 7498 виділяють сім рівнів (шарів) інформаційної взаємодії, які відокремлені один від одного стандартними інтерфейсами: рівень програми (прикладний рівень), рівень представлення, сеансовий (рівень сесії), транспортний, мережевий, канальний, фізичний.

 

 Модель ISO OSI

Відповідно до цього інформаційне взаємодія двох або більше систем являє собою сукупність інформаційних взаємодій рівневих підсистем, причому кожен шар локальної ІС взаємодіє, як правило, з відповідним шаром віддаленої системи. Взаємодія здійснюється за допомогою відповідних протоколів зв’язку та інтерфейсів. Крім того, застосовуючи методи інкапсуляції, можна використовувати одні й ті ж програмні модулі на різних рівнях.

Протоколом є набір алгоритмів (правил) взаємодії об’єктів однойменних рівнів різних систем.

Інтерфейс — це сукупність правил, відповідно до яких здійснюється взаємодія з об’єктом даного чи іншого рівня. Стандартний інтерфейс в деяких специфікаціях може називатися послугою.

Інкапсуляція — це процес приміщення фрагментованих блоків даних одного рівня в блоки даних іншого рівня.

Кожен рівень має протокольну специфікацію, тобто набір правил, керуючих взаємодією рівноправних процесів одного і того ж рівня, і перелік послуг, які описують стандартний інтерфейс з розташованим вище рівнем. Кожен рівень використовує послуги розташованого нижче рівня, кожен розташований нижче надає послуги розташованому вище.

Наведемо коротку характеристику кожного рівня.

 1 Рівень додатків (прикладний рівень). Цей рівень пов’язаний з прикладними процесами. Протоколи призначені для забезпечення доступу до ресурсів мережі і програмам-додаткам користувача. На даному рівні визначається інтерфейс з комунікаційною частиною додатків. Як приклад протоколів прикладного рівня можна навести протокол Telnet, який забезпечує доступ користувача до хосту (головному обчислювальному пристрою, одному з основних елементів в многомашинной системі або будь-якого пристрою, підключеному до мережі і використовує протокол TCP / IP) в режимі віддаленого терміналу.

2 Рівень представлення. На цьому рівні інформація перетворюється до такого виду, в якому це потрібно для виконання прикладних процесів. Наприклад, виконуються алгоритми перетворення формату представлення даних — ASCII або КОИ-8. Якщо для представлення даних використовується дисплей, то ці дані по заданому алгоритму формуються у вигляді сторінки, яка виводиться на екран.

3 Сеансовий рівень (рівень сесії). На даному рівні встановлюються, обслуговуються і припиняються сесії між представницькими об’єктами додатків (прикладними процесами). Як приклад протоколу сеансового рівня можна розглянути протокол RPC (Remote Procedure Call). Як випливає з назви, даний протокол призначений для відображення результатів виконання процедури на віддаленому хості. У процесі виконання цієї процедури між додатками встановлюється сеансове з’єднання. Призначенням даного з’єднання є обслуговування запитів, які виникають, наприклад, при взаємодії додатка-сервера з додатком-клієнтом.

4 Транспортний рівень. Даний рівень призначений для управління потоками повідомлень і сигналів. Управління потоком є важливою функцією транспортних протоколів, оскільки цей механізм дозволяє надійно забезпечувати передачу даних по мережах з різнорідною структурою. При цьому в опис маршруту включаються всі компоненти комунікаційної системи, що забезпечують передачу даних на всьому шляху від пристроїв відправника до приймальних пристроїв одержувача. Управління потоком полягає в обов’язковому очікуванні передавачем підтвердження прийому обумовленого числа сегментів приймачем. Число сегментів, яке передавач може відправити без підтвердження їх отримання від приймача, називається вікном.

Існує два типи протоколів транспортного рівня: сегментуючий і дейтаграмний. Сегментуючи протоколи транспортного рівня розбивають вихідне повідомлення на блоки даних транспортного рівня — сегменти. Основною функцією таких протоколів є забезпечення доставки цих сегментів до об’єкта призначення і відновлення повідомлення. Дейтаграмні протоколи не сегментируют повідомлення, вони відправляють його одним пакетом разом з адресною інформацією. Пакет даних, який називається «дейтаграмма» (Datagram), маршрутизується в мережах з перемиканням адрес або передається по локальній мережі прикладній програмі або користувачеві.

5 Мережевий рівень. Основним завданням протоколів мережевого рівня є визначення шляху, який буде використаний для доставки пакетів даних при роботі протоколів верхніх рівнів. Для того щоб пакет був доставлений до будь-якого хоста, цьому хосту повинен бути поставлений у відповідність відома передавачу мережева адреса. Групи хостів, об’єднані за територіальним принципом, утворюють мережі. Для спрощення завдання маршрутизації мережева адреса хоста складається з двох частин: адреси мережі й адреси хоста. Таким чином, завдання маршрутизації розпадається на дві — пошук мережі і пошук хоста в цій мережі.

6 Канальний рівень (рівень ланки даних). Призначенням протоколів канального рівня є забезпечення передачі даних в середовищі передачі по фізичному носію. У каналі формується стартовий сигнал передачі даних, організується початок передачі, проводиться сама передача, проводиться перевірка правильності процесу, проводиться відключення каналу при збоях і відновлення після ліквідації несправності, формування сигналу на закінчення передачі та перекладу каналу в режим очікування.

На канальному рівні дані передаються у вигляді блоків, які називаються кадрами. Тип використовуваного середовища передачі та її топологія багато в чому визначають вид кадру протоколу транспортного рівня, який повинен бути використаний.

При використанні топології «спільна шина» і «один-до-багатьох» (Point-to-Multipoint) кошти протоколу канального рівня задають фізичні адреси, за допомогою яких буде проводитися обмін даними в середовищі передачі і процедура доступу до цього середовища. Прикладами таких протоколів є протоколи Ethernet (у відповідній частині) і HDLC. Протоколи транспортного рівня, які призначені для роботи в середовищі типу «один-до-одного» (Point-to-Point), не визначають фізичних адрес і мають спрощену процедуру доступу. Прикладом протоколу такого типу є протокол РРР.

 7 Фізичний рівень. Протоколи цього рівня забезпечують безпосередній доступ до середовища передачі даних для протоколів канального і наступних рівнів. Дані передаються за допомогою протоколів у вигляді послідовностей бітів (для послідовних протоколів) або груп бітів (для паралельних). На цьому рівні визначаються набір сигналів, якими обмінюються системи, параметри цих сигналів (тимчасові та електричні) і послідовність формування сигналів при виконанні процедури передачі даних. Крім того, на даному рівні формулюються вимоги до електричних, фізичним і механічним характеристикам середовища передачі, передавальних і сполучних пристроїв.

На рисунку показана схема практичної реалізації моделі ВОС (OSI), в якій працюють різні елементи мережі.

Комп’ютер з встановленою на ньому мережевою операційною системою взаємодіє з іншим комп’ютером за допомогою протоколів всіх семи рівнів. Цю взаємодію комп’ютери здійснюють через різні комунікаційні пристрої: концентратори, модеми, мости, комутатори, маршрутизатори, мультиплексори.

Комунікаційний пристрій в залежності від типу може працювати: тільки на фізичному рівні (повторювач); на фізичному і канальному рівнях (міст); фізичному, канальному і мережевому рівнях, іноді захоплюючи і транспортний рівень (маршрутизатор).

Схема практичної реалізації моделі ВОС

 

Таким чином, еталонна модель взаємозв’язку (взаємодії) відкритих систем описує і реалізує стандартизовану систему взаємодії в процесах обміну інформацією та даними між прикладними програмами і системами в обчислювальних мережах. Стандартизація інтерфейсів забезпечує повну прозорість взаємодії незалежно від того, яким чином влаштовані рівні в конкретних реалізаціях моделі.


Контрольні питання:

  1. Як розвивалась модель OSI ?
  2. Які є рівні моделі OSI?
  3. Що собою представляє прикладний рівень моделі OSI ?
  4. Що собою представляє рівень представлення моделі OSI ?
  5. Що собою представляє сеансовий рівень моделі OSI ?
  6. Що собою представляє транспортний рівень моделі OSI ?
  7. Що собою представляє мережевий рівень моделі OSI ?
  8. Що собою представляє канальний рівень моделі OSI ?
  9. Що собою представляє фізичний рівень моделі OSI ?
  10. Як рівні взаємодіють між собою ?
  11. Як практично реалізується модель ВОС (OSI) ?

 


Література:

1  Буров Є. Комп’ютерні мережі. Підручник.  Львів: БаК, 2018. — 256 с.,