Сети ЭВМ и телекоммуникации
Введение
сеть протокол приложение
Для упрощения проектирования, анализа и реализации процедуры
обмена сообщениями между пользователями или прикладными процессами, работающими
на разных компьютерах, эту процедуру декомпозируют на несколько иерархически
связанных между собой частных задач, то есть используют многоуровневый подход.
При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны
принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму
электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о
методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть
приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до
самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована.
Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат
сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне,
но в разных узлах, называются протоколами.
Иерархически организованная совокупность протоколов, решающих
задачу взаимодействия узлов сети называется стеком коммуникационных
протоколов.
Протоколы соседних уровней, находящихся в одном узле,
взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко определенными
правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято
называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор услуг,
которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему.
Международная Организация по Стандартам (International
Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет
различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает,
какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью
взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью
ISO/OSI.
1. Взаимодействие уровней в процессе связи
Для единого представления данных в сетях с неоднородными
устройствами и программным обеспечением международная организация по стандартам
ISO (International Standardization Organization) разработала базовую
модель связи открытых систем OSI (Open System Interconnection). Эта модель 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.
Рис.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.
1.1 Эталонная модель взаимодействия открытых
систем
В модели OSI взаимодействие делится на семь уровней или
слоев, как показано на рисунке. Каждый уровень имеет дело с одним определенным
аспектом взаимодействия. Таким образом, проблема взаимодействия декомпозирована
на 7 частных проблем, каждая из которых может быть решена независимо от других.
Каждый уровень поддерживает интерфейсы с выше- и нижележащими уровнями.
Появление именно семи уровней было обусловлено попыткой
выполнения следующих условий:
. Уровень должен создаваться, если выделяется отдельный
уровень абстракции.
. Каждый уровень должен выполнять строго определенную
функцию.
. Выбор функций каждого уровня должен делаться с учетом
создания стандартизированных международных протоколов.
. Границы между уровнями должны определяться так, чтобы поток
данных по межуровневому соединению был минимальным.
. Количество уровней должно быть достаточным, чтобы различные
функции не объединялись без необходимости, но не слишком большим, чтобы
архитектура не получилась громоздкой.
Модель OSI описывает только системные средства
взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения
реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным
средствам. Следует иметь в виду, что приложение может взять на себя функции
некоторых верхних уровней модели OSI, в таком случае при необходимости обмена
данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции
оставшихся нижних уровней модели OSI.
Рисунок 2. Семь уровней OSI
Если приложение обращается с запросом к прикладному уровню,
например к файловому сервису, то на основании этого запроса программное
обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата, в
которое помещает служебную информацию (заголовок) и, возможно, передаваемые
данные. Затем это сообщение направляется представительному уровню.
Представительный уровень добавляет к сообщению свой заголовок и передает
результат вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой
заголовок и т.д. Некоторые реализации протоколов предусматривают наличие в
сообщении не только заголовка, но и концевика. Наконец, сообщение достигает
самого низкого, физического уровня, который действительно передает его по
линиям связи.
Рисунок 3. Инкапсуляция пакетов различных уровней
Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно
последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень
анализирует, обрабатывает и удаляет заголовок своего уровня, выполняет
соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему
уровню.
В модели OSI различается два основных типа протоколов. В
протоколах с установлением соединения (connection-oriented
network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны
сначала установить соединение и, возможно, выбрать протокол, который они будут
использовать. После завершения диалога они должны разорвать это соединение.
Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного
установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие
протоколы называются также дейтаграммными протоколами.
Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. При взаимодействии
компьютеров используются как те, так и другие протоколы.
2. Функции уровней модели OSI
Модель ISO/OSI определяет функции уровней следующим образом:
· Прикладной уровень (Application layer)
Прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам средства
доступа к области взаимодействия, является верхним (седьмым) 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. Специальные элементы
прикладного сервиса обеспечивают сервис для конкретных прикладных программ,
таких как программы пересылки файлов и эмуляции терминалов. Если, например
программе необходимо переслать файлы, то обязательно будет использован протокол
передачи, доступа и управления файлами FTAM (File Transfer, Access, and Management). В модели OSI прикладная
программа, которой нужно выполнить конкретную задачу (например, обновить
базу данных на компьютере), посылает конкретные данные в виде Дейтаграммы
на прикладной уровень. Одна из основных задач этого уровня - определить,
как следует обрабатывать запрос прикладной программы, другими словами, какой
вид должен принять данный запрос.
Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно
называется сообщением (message).
Прикладной уровень выполняет следующие функции:
Описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов.
1. Выполнение различных видов работ.
передача файлов;
управление заданиями;
управление системой и т.д.
2. Идентификация пользователей по их паролям, адресам,
электронным подписям;
3. Определение функционирующих абонентов и возможности
доступа к новым прикладным процессам;
. Определение достаточности имеющихся ресурсов;
. Организация запросов на соединение с другими
прикладными процессами;
. Передача заявок представительскому уровню на
необходимые методы описания информации;
. Выбор процедур планируемого диалога процессов;
. Управление данными, которыми обмениваются прикладные
процессы и синхронизация взаимодействия прикладных процессов;
. Определение качества обслуживания (время доставки
блоков данных, допустимой частоты ошибок);
. Соглашение об исправлении ошибок и определении
достоверности данных;
. Согласование ограничений, накладываемых на синтаксис
(наборы символов, структура данных).
Указанные функции определяют виды сервиса, которые прикладной
уровень предоставляет прикладным процессам. Кроме этого, прикладной уровень
передает прикладным процессам сервис, предоставляемый физическим, канальным,
сетевым, транспортным, сеансовым и представительским уровнями.
На прикладном уровне необходимо предоставить в
распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может
справиться системное и пользовательское программное обеспечение.
Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть.
Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и
управление сетью.
К числу наиболее распространенных протоколов верхних трех
уровней относятся:
- FTP (File Transfer Protocol) протокол передачи файлов;
TFTP (Trivial File Transfer Protocol) простейший протокол пересылки файлов;
- X.400 электронная почта;
Telnet работа с удаленным терминалом;
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) простой протокол
почтового обмена;
CMIP (Common Management Information Protocol) общий протокол
управления информацией;
SLIP (Serial Line IP) IP для
последовательных линий. Протокол последовательной посимвольной передачи данных;
SNMP (Simple Network Management Protocol) простой протокол
сетевого управления;
FTAM (File Transfer, Access, and Management) протокол передачи,
доступа и управления файлами.
· Уровень представления данных (Presentation layer)
Уровень представления данных или представительский уровень
представляет данные, передаваемые между прикладными процессами, в нужной форме
данные.
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. Таким образом, прикладные уровни могут преодолеть, например,
синтаксические различия в представлении данных. Такая ситуация может возникнуть
в ЛВС с неоднотипными компьютерами (IBM PC и Macintosh), которым необходимо
обмениваться данными. Так, в полях баз данных информация должна быть
представлена в виде букв и цифр, а зачастую и в виде графического изображения.
Обрабатывать же эти данные нужно, например, как числа с плавающей запятой.
В основу общего представления данных положена единая для всех
уровней модели система ASN.1. Эта система служит для описания структуры файлов,
а также позволяет решить проблему шифрования данных. На этом уровне может
выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которым секретность
обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных сервисов. Примером
такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает
секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.
Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и
т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня.
Представительный уровень выполняет следующие основные
функции:
1. Генерация запросов на установление сеансов
взаимодействия прикладных процессов.
2. Согласование представления данных между прикладными
процессами.
. Реализация форм представления данных.
. Засекречивание данных.
. Передача запросов на прекращение сеансов.
Протоколы уровня представления данных обычно являются
составной частью протоколов трех верхних уровней модели.
· Сеансовый уровень (Session layer)
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. Последние позволяют вставлять контрольные
точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к
последней контрольной точке, вместо того чтобы начинать все сначала. На
практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко
реализуется.
Сеансовый уровень управляет передачей информации между
прикладными процессами, координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса
связи. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления
паролями, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи
после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Функции этого уровня
состоят в координации связи между двумя прикладными программами,
работающими на разных рабочих станциях. Это происходит в виде хорошо
структурированного диалога. В число этих функций входит создание сеанса,
управление передачей и приемом пакетов сообщений во время сеанса и завершение
сеанса.
На сеансовом уровне определяется, какой будет передача между
двумя прикладными процессами:
полудуплексной (процессы будут передавать и принимать
данные по очереди);
дуплексной (процессы будут передавать данные, и принимать
их одновременно).
В полудуплексном режиме сеансовый уровень выдает тому
процессу, который начинает передачу, маркер данных. Когда второму
процессу приходит время отвечать, маркер данных передается ему. Сеансовый
уровень разрешает передачу только той стороне, которая обладает маркером
данных.
Сеансовый уровень обеспечивает выполнение следующих функций:
1. Установление и завершение на сеансовом уровне
соединения между взаимодействующими системами.
2. Выполнение нормального и срочного обмена данными
между прикладными процессами.
. Управление взаимодействием прикладных процессов.
. Синхронизация сеансовых соединений.
. Извещение прикладных процессов об исключительных
ситуациях.
. Установление в прикладном процессе меток,
позволяющих после отказа либо ошибки восстановить его выполнение от ближайшей
метки.
. Прерывание в нужных случаях прикладного процесса и
его корректное возобновление.
. Прекращение сеанса без потери данных.
. Передача особых сообщений о ходе проведения сеанса.
Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена
данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются
составной частью протоколов трех верхних уровней модели.
· Транспортный уровень (Transport Layer).
Транспортный уровень предназначен для передачи пакетов через
коммуникационную сеть. На транспортном уровне пакеты разбиваются на блоки.
На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть
искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства
обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с
надежным соединением. 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. Модель OSI
определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды
сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью
восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования
нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий
транспортный протокол, а главное способностью к обнаружению и исправлению
ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.
Транспортный уровень определяет адресацию физических
устройств (систем, их частей) в сети. Этот уровень гарантирует доставку блоков
информации адресатам и управляет этой доставкой. Его главной задачей является
обеспечение эффективных, удобных и надежных форм передачи информации между
системами. Когда в процессе обработки находится более одного пакета,
транспортный уровень контролирует очередность прохождения пакетов. Если
проходит дубликат принятого ранее сообщения, то данный уровень опознает это и
игнорирует сообщение.
В функции транспортного уровня входят:
1. Управление передачей по сети и обеспечение
целостности блоков данных.
2. Обнаружение ошибок, частичная их ликвидация и
сообщение о неисправленных ошибках.
. Восстановление передачи после отказов и
неисправностей.
. Укрупнение или разделение блоков данных.
. Предоставление приоритетов при передаче блоков
(нормальная или срочная).
. Подтверждение передачи.
. Ликвидация блоков при тупиковых ситуациях в сети.
Начиная с транспортного уровня, все вышележащие протоколы
реализуются программными средствами, обычно включаемыми в состав сетевой
операционной системы.
Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня
включают в себя:
- TCP (Transmission Control Protocol) протокол управления
передачей стека TCP/IP;
UDP (User Datagram Protocol) пользовательский
протокол дейтаграмм стека TCP/IP;
NCP (NetWare Core Protocol) базовый протокол сетей NetWare;
SPX (Sequenced Packet eXchange) упорядоченный обмен
пакетами стека Novell;
TP4 (Transmission Protocol) - протокол передачи
класса 4.
· Сетевой уровень (Network Layer).
Сетевой уровень обеспечивает прокладку каналов, соединяющих
абонентские и административные системы через коммуникационную сеть, выбор
маршрута наиболее быстрого и надежного пути.
Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети
между двумя системами и обеспечивает прокладку виртуальных каналов между ними. Виртуальный
или логический канал - это такое функционирование компонентов сети, которое
создает взаимодействующим компонентам иллюзию прокладки между ними нужного
тракта. Кроме этого, сетевой уровень сообщает транспортному уровню о
появляющихся ошибках. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами
(packet). В них помещаются
фрагменты данных. Сетевой уровень отвечает за их адресацию и доставку.
Прокладка наилучшего пути для передачи данных называется маршрутизацией,
и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется
тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе
маршрута является время передачи данных по этому маршруту; оно зависит от
пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может
изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются
приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на
основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может
осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.
Протокол канального уровня обеспечивает доставку данных между
любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией. Это
очень жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой
структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую
сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между
узлами.
Таким образом, внутри сети доставка данных регулируется
канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой
уровень. При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется
понятие номер сети. В этом случае адрес получателя состоит из номера
сети и номера компьютера в этой сети.
Сети соединяются между собой специальными устройствами,
называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор это устройство, которое
собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании
пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того чтобы передать
сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в
другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач (hops) между сетями, каждый
раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой
последовательность маршрутизаторов, по которым проходит пакет.
Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы и
маршрутизацию пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса.
Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный
уровень.
Сетевой уровень выполняет функции:
1. Создание сетевых соединений и идентификация их
портов.
2. Обнаружение и исправление ошибок, возникающих при
передаче через коммуникационную сеть.
. Управление потоками пакетов.
. Организация (упорядочение) последовательностей
пакетов.
. Маршрутизация и коммутация.
. Сегментирование и объединение пакетов.
На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый
вид относится к определению правил передачи пакетов с данными конечных
узлов от узла к маршрутизатору и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы
обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к
сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами
обмена маршрутной информацией. С помощью этих протоколов маршрутизаторы
собирают информацию о топологии межсетевых соединений.
Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями
операционной системы, а также программными и аппаратными средствами
маршрутизаторов.
Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:
- IP (Internet Protocol) протокол Internet, сетевой протокол стека TCP/IP, который предоставляет
адресную и маршрутную информацию;
IPX (Internetwork Packet Exchange) протокол межсетевого
обмена пакетами, предназначенный для адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell;
X.25 международный стандарт для глобальных коммуникаций с
коммутацией пакетов (частично этот протокол реализован на уровне 2);
CLNP (Connection Less Network Protocol) сетевой протокол без
организации соединений.
· Канальный уровень (Data Link).
Единицей информации канального уровня являются кадры (frame). Кадры - это логически
организованная структура, в которую можно помещать данные. Задача канального
уровня передавать кадры от сетевого уровня к физическому уровню.
На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не
учитывается, что в некоторых сетях, в которых линии связи используются
попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда
передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня является
проверка доступности среды передачи. Другой задачей канального уровня является
реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок.
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.
Задача канального уровня - брать пакеты, поступающие с
сетевого уровня и готовить их к передаче, укладывая в кадр соответствующего
размера. Этот уровень обязан определить, где начинается и где заканчивается
блок, а также обнаруживать ошибки передачи.
На этом же уровне определяются правила использования
физического уровня узлами сети. Электрическое представление данных в ЛВС (биты
данных, методы кодирования данных и маркеры) распознаются на этом и только на
этом уровне. Здесь обнаруживаются и исправляются (путем требований повторной
передачи данных) ошибки.
Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием
кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует
сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE
802.Х делят канальный уровень на два подуровня:
- MAC (Media Assess Control) контроль доступа к
среде. Подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде
(передача маркера или обнаружение коллизий или столкновений) и управляет
доступом к каналу связи. Подуровень LLC находится выше подуровня МАC.
Канальный уровень определяет доступ к среде и управление
передачей посредством процедуры передачи данных по каналу. При больших размерах
передаваемых блоков данных канальный уровень делит их на кадры и передает кадры
в виде последовательностей. При получении кадров уровень формирует из них
переданные блоки данных. Размер блока данных зависит от способа передачи,
качества канала, по которому он передается.
В локальных сетях протоколы канального уровня используются
компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции
канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их
драйверов.
Канальный уровень может выполнять следующие виды функций:
1. Организация (установление, управление, расторжение)
канальных соединений и идентификация их портов.
2. Организация и передача кадров.
. Обнаружение и исправление ошибок.
. Управление потоками данных.
. Обеспечение прозрачности логических каналов
(передачи по ним данных, закодированных любым способом).
Наиболее часто используемые протоколы на канальном уровне
включают:
- HDLC (High Level Data Link Control) протокол управления
каналом передачи данных высокого уровня, для последовательных соединений;
IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред
802.x;
Ethernet сетевая технология по стандарту IEEE 802.3 для сетей,
использующая шинную топологию и коллективный доступ с прослушиванием несущей и
обнаружением конфликтов;
Token ring сетевая технология по стандарту IEEE 802.5, использующая
кольцевую топологию и метод доступа к кольцу с передачей маркера;
FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) сетевая технология по
стандарту IEEE 802.6, использующая оптоволоконный носитель;
X.25 международный стандарт для глобальных коммуникаций с
коммутацией пакетов;
Frame relay сеть, организованная из технологий Х25 и ISDN.
3. Сетезависимые протоколы и протоколы,
ориентированные на приложения
Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной
из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации
сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.
Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой -
являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с
технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.
Например, переход на оборудование FDDI означает полную смену протоколов
физического и канального уровней во всех узлах сети.
Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый
- ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей
построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было
изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую
технологию. Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию
l00VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах,
реализующих функции прикладного, представительного и сеансового уровней.
Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все
детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать
приложения, не зависящие от технических средств непосредственной
транспортировки сообщений. На рис. 3 показаны уровни модели OSI, на которых работают
различные элементы сети. Компьютер с установленной на нем сетевой ОС
взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней.
Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные
коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы,
маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное
устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо
на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом,
иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор). На рис. 4 показано
соответствие функций различных коммуникационных устройств уровням модели OSI.
Рис. 3. Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI
Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну
из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов
могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений,
службами, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами.
Рис. 4. Соответствие функций различных устройств сети уровням
модели OSI
Модель OSI представляет хотя и очень важную, но только одну
из многих моделей коммуникаций. Эти модели и связанные с ними стеки протоколов
могут отличаться количеством уровней, их функциями, форматами сообщений,
службами, поддерживаемыми на верхних уровнях, и прочими параметрами.
4. Роль и применение OSI в современных сетях
70-е и 80-е годы. Период создания и становления OSI.
1984 год. Появление первых стандартов OSI. Рост их роли.
90-е годы. Быстрый рост Internet с ее более простыми
протоколами. Быстрое развитие новых высокоскоростных технологий. Проявилась
громоздкость OSI и медленные темпы ее разработки.
Сама модель OSI, основанные на ней
международные стандарты ISO и соответствующие рекомендации ITU-T (МККТТ) появились в
результате попытки широкого обобщения международного научно-технического
прогресса в информационной промышленности и формализации методов внутри- и
межсетевого взаимодействия. Это обобщение и формализация дали двоякий
результат: с одной стороны, ориентация на максимальную открытость, стремление
учесть интересы всех стран-участниц, включая экономические и политические,
иногда в ущерб технической целесообразности, привели к тому, что многие
стандарты ИСО, особенно по протоколам отдельных уровней, оказались излишне
универсальными и недостаточно практичными. Процесс стандартизации OSI никогда не был тесно
привязан к какой-либо конкретной рабочей среде. Это можно рассматривать как
отсутствие искусственных ограничений на разработку стандартов, но, с другой
стороны, это послужило причиной того, что моделям и архитектурам OSI часто присущ чрезмерный
академизм, игнорирующий практические требования, выдвигаемые развивающейся
технологией и действующими системами. Разработчики OSI обвиняются при этом в
стремлении придать основным своим требованиям всеобщую применимость в
глобальном масштабе.
Причины неудачи модели OSI:
несвоевременность,
неудачная технология,
неудачная реализация,
неудачная политика.
Критики отмечают также:
· изобилие стандартов OSI;
· сложность протоколов OSI и, как следствие,
сравнительно высокую стоимость изделий OSI;
· мучительно медленный
процесс их разработки;
· слабое внедрение реальных
коммерческих изделий и действующих систем.
Следует также иметь в виду, что комплект
протоколов Internet довольно прочно укоренился еще до того, как был разработан
достаточно работоспособный комплект протоколов OSI, и, если даже некоторые
протоколы OSI превзошли затем по своим функциональным возможностям
соответствующие протоколы Internet, всю установленную базу Internet заменять было поздно. К
тому же концепция OSI, разработанная до того, как укоренилась Internet, не предусмотрела
четкого плана перехода на другие технологии и сосуществования с ними.
В этом отношении можно констатировать, что
возлагавшиеся на OSI надежды как на экономичную единую универсальную
архитектуру в полной мере не оправдались.
Но, не смотря на отмеченные недостатки, к
заслугам OSI можно отнести следующие факторы.
) Концепция уровневой архитектуры OSI,
заложенные в ней принципы автоматического согласования параметров различных
уровней, построения профилей и функциональных стандартов стали эталоном при
решении подобных вопросов во многих других сетевых архитектурах.
) Такие стандарты ИСО, как стандарты по
кодам, механическим параметрам соединителей на физическом уровне, языкам
программирования, и многие другие реализованы во множестве изделий различных
фирм. А такие прикладные протоколы ИСО, как протоколы электронной почты
(многочастевой стандарт ISO/IEC 10021) и справочной службы (многочастевой
стандарт ISO/EEC 9594), более известные на практике как аналогичные рекомендации
соответственно МСЭ-Т Х.400 и Х.500, нашли прямое применение в самой Internet наряду с ее собственными
протоколами.
) Многие из тех конкретных протоколов OSI,
которые непосредственно не получили широкого практического применения
(например, протоколы HDLC, протоколы внутрирегиональной и межрегиональной
маршрутизации), послужили прямой основой для создания аналогичных протоколов
других сетевых архитектур - ISDN, ATM, Frame Relay, Internet. Язык обмена документами SGML, созданный ISO, послужил основой для
языка гипертекста HTML Internet и последующего более современного языка XML консорциума 3wcom. Свыше 100 документов RFC Internet различного статуса (в
том числе в статусе стандартов STD) посвящены вопроса взаимодействия протоколов
TCP/IP с протоколами OSI.
) Косвенным признаком жизнеспособности OSI
может служить продолжающийся активны процесс стандартизации протоколов и
концепций OSI, в котором, участвуют около 50 различных стран. В 1999 г. Было
разработано 74 новых стандарта ISO/IEC (включая новые редакции прежних стандартов), не
считая многочисленных дополнений (Addendum), изменения (Amendments), технических поправок (Technical Corrigendum) к прежним документам.
Примерно такое же количество стандартов и документов ISO/ IEC разработано в 2000 г.
Практика показывает, что наиболее
рациональным подходом к использованию OSI и других сетевых архитектур является
не их противопоставление друг другу, а взаимное дополнение и обобщение
наработанных за многие годы различными организациями программных, аппаратных,
протокольных и других ресурсов.
Библиографический список
1.С.В.
Папшев, «Сети ЭВМ и телекоммуникации», (фрагменты лекций), изд: /Саратов/,
2003, с. 225;
.
Интернет: http://ru.wikipedia.org.
.
Интернет: http://kunegin.narod.ru