2.Эталонная модель взаимодействия открытых систем

(OSI — Open Systems Interconnection)

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) – это идеологическая концепция, которая была утверждена МККТТ (рекомендация Х.200) и МОС (стандарт IS 7498). Ее появление было связано с необходимостью объединения в сети разнотипных ЭВМ (в смысле системы, серии, платформы). Сетевое ПО является очень сложным и это потребовало его разбиения на ряд иерархических уровней, стандартизации самих уровней и интерфейсов между ними. "Открытость" в этой концепции понимается как независимость от типа (класса) ЭВМ. В единую сеть должны объединяться любые ЭВМ (ПК, мейнфреймы, рабочие станции, супер-ЭВМ, с ОС UNIX, Windows и т.д.), если выполнены те условия, которые оговариваются в данной модели.

В се сетевое ПО открытой системы делится на ряд функциональных слоев (уровней). ЭМ ВОС рекомендует 7 таких уровней, показанных на рисунке 2.1.

Рис.2.1.

Модель вводит единую терминологию для описания уровней. При этом обобщенно рассматриваются три смежных уровня — (N-1), (N) и (N+1).

Те элементы открытой системы, которые выполняют в ней функции N-уровня называют (N)-объектом.

(N)-службой называется совокупность функциональных возможностей (N)-уровня и всех нижележащих уровней.

В объектах выделяются отдельные элементы, называемые (N)-функциями, а в (N)-службе – элементы, определяемые как (N)-услуги.

В процессе передачи данных между (N)-объектами устанавливается взаимодействие, определяемое как (N)-протокол (см. рис. 2.2.). Это набор правил, процедур и форматов, необходимых для правильного взаимодействия (N)-объектов. Между объектами может быть несколько протоколов.

Р ис.2.2.

Связь между смежными объектами в одной системе происходит через (N)-ТДС – точку доступа к (N)-службе. Между объектами может быть несколько (N)-ТДС.

Под (N)-соединением понимается связь между двумя или более (N+1)-объектами, которая осуществляется от одной (N)-ТДС до другой и в которой участвуют объекты (N) и всех нижележащих уровней.

Каждый объект при передаче добавляет свою необходимую информацию. Данные, получаемые от верхнего уровня, включаются в поле (N)-ДП – данных протокола. Каждый протокольный объект добавляет еще свою информацию – поле (N)-УИП –управляющую информацию протокола. Получаемый в результате протокольный блок данных (N)-ПБД поступает к объекту нижележащего уровня (см. рис.2.3.).

Р ис.2.3.

Например, в протоколах SDLC и HDLC поступающий от сетевого уровня пакет помещается в информационную область кадра; кроме этого формируется служебная информация, включаемая в поля A, C, FCS и F (см. рис.2.4.).

Р ис.2.4.

Уровни эталонной модели

ЭМ ВОС выделяет 7 представленных на рисунке 2.5 уровней, но оставляет открытым вопрос их наполнения.

Рис.2.5.

Для этой цели разрабатываются уже другие стандарты – на уровни, интерфейсы, службы.

Функции уровней

Произвольный (N)-уровень в общем случае включает в себя следующие функции.

1) Выбор протокола.

На уровне может использоваться несколько протоколов, поэтому для организации (N)-соединения необходимо, чтобы (N)-объекты выбрали единый (N)-протокол - иначе они просто не поймут друг друга. Такой выбор может быть сделан как заранее, так и во время установления соединения с использованием идентификатора (N)-протокола.

Например, транспортный протокол Х.224 имеет 4 класса (являющихся, по существу, весьма существенно отличающимися протоколами) плюс ряд дополнительных опций.

2) Установление и расторжение соединения.

Должны быть выполнены 2 условия для установления соединения:

• должно иметься (N-1)-соединение;

• оба (N)-объекта должны быть готовы к выполнению обмена данными по протоколу.

Таким образом для соединения объектов 7-го уровня необходимо представление соединения представительным, сеансовым и т.д. уровнями вплоть до физического.

Расторжение (N)-соединения может быть:

• нормальным - по инициативе одного из связанных с ним (N+1)-объектов;

• аварийным - при возникновении ошибок в (N) или одном из нижележащих уровней.

(N) и (N-1) соединения могут быть независимыми. Это означает, что расторжение одного из них не обязательно ведет к расторжению другого. При расторжении (N)-соединения сохраненное (N-1)-соединение может быть использовано для другого (N)-соединения. При расторжении (N-1)-соединения возможно сохранение (N)-соединения путем организации нового (N-1)-соединения.

3) Мультиплексирование и расщепление соединений.

При традиционном варианте для каждого (N)-соединения используется одно (N-1)-соединение(рис.2.6.)

Мультиплексирование означает, что несколько (N)-соединений пользуются одним (N-1)-соединением. При этом возникают следующие дополнительные проблемы:

Р ис.2.6.

• необходима идентификация данных, относящихся к каждому (N)-соединению;

• управление каждым (N)-соединением должно учитывать пропускную способность (N-1)-соединения, с учетом работы других N-партнеров.

При расщеплении — одно (N)-соединение использует несколько (N-1)-соединений (рис.7.). При этом возникают такие проблемы, как:

• управление применяемыми (N-1)-соединениями;

• дробление данных для их передачи по разным (N-1)-соединениям, контроль и восстановление последовательности на приемной стороне.

Р ис.2.7.

В качестве примера мультиплексирования можно указать на взаимодействие протоколов Х.25/3 и Х.25/2. Протокол сетевого уровня Х.25/3 служит для организации виртуальных соединений при передаче пакетов. Протокол Х.25/2 (HDLC) выполняет управление информационным каналом на двухточечном участке сети. Каждый пакет 3-го уровня сопровождается заголовком, идентифицирующим виртуальное соединение (рис.2.8.).

Примером расщепления может служить транспортный уровень СОИ, который использует сетевой протокол работающий по методу дейтаграмм. Здесь пакеты могут доставляться параллельно по нескольким сетевым маршрутам, а у получателя производится сборка сообщения.

Рис.2.8.

4) Передача нормальных данных.

Это процедуры обмена (N)-объектами (N)-ПБД (каждый из которых содержит (N)-УИП и (N)-ДП.

5) Передача срочных данных.

Срочные данные используются для целей синхронизации, экстренного уведомления о сбоях. Передача этих данных производится как бы по особому подканалу, т.к. она не зависит от состояния потока нормальных данных.

6) Управление потоком данных.

Различают 2 типа управления потоком:

• Протокольное — регулирует скорость передачи (N)-ПБД между (N)-объектами. Используется управляющая информация в ПБД (кредит передачи, окно), указывающая на способность партнера принять определенное количество данных.

• Интерфейсное — регулирует скорость передачи между (N+1) и (N)-объектами. Здесь используются локальные (т.е. справедливые в пределах одной системы) соглашения и ограничения.

7) Сегментирование, блокирование и сцепление данных.

Протокольные блоки данных (ПБД) разных уровней обычно отличаются по размерам. Если размер (N+1)-ПБД больше максимального поля данных в (N)-ПБД, то необходимо на (N)-уровне выполнить сегментирование (см. рис.2.9.), т.е. разбиение (N+1)-ПБД на последовательные сегменты с длиной равной размеру поля данных (N)-ПБД.

Для обеспечения возможности последующей сборки (N+1)-ПБД необходимо в (N)-ПБД вставлять специальные данные (номер сегмента).

Блокирование — это функция (N)-уровня, позволяющая объединить несколько (N+1)-ПБД в один (N)-ПБД. Это может потребоваться, когда максимальная длина (N+1)-ПБД много меньше длины данных (N)-ПБД (см. рис.2.10.).

Сцепление — это функция (N+1)-уровня, позволяющая объединить несколько (N+1)-ПБД в один блок. При этом (N)-уровень воспринимает сцепленный ПДБ как один (N+1)-ПБД.

8) Организация последовательности.

Услуги, предоставляемые (N)-уровню (N-1)-уровнем могут не содержать сохранение порядка (очередности) доставки данных.

Рис.2.9. Рис.2.10

В этом случае (N)-уровень должен сам поддерживать механизм сохранения последовательности. Для этого используются, например, порядковые номера блоков данных.

Примером может служить работа протокола Х.25/3 в режиме дейтаграмм. В этом случае транспортные объекты восстанавливают последовательность за счет анализа порядковых номеров.

9) Защита от ошибок.

Функция защиты от ошибок включает 3 механизма:

• подтверждения;

• обнаружения ошибок и уведомления о них;

• возврата в исходное состояние.

Процедура подтверждения может использоваться (N)-объектами для гарантии от потери (N)-ПБД более высокой, чем обеспечивает (N-1)-уровень. Для этого вводится идентификация каждого (N)-ПБД так, чтобы получатель мог информировать отправителя о его приеме. В случае неприема должны быть приняты меры для восстановления.

Механизм обнаружения ошибок и уведомления о них может применяться (N)-протоколом для обеспечения более высокой вероятности обнаружения ошибок и искажений ПБД, чем это обеспечивается (N-1)-службой.

Процедура возврата в исходное состояние требуется после потери синхронизации между (N)-объектами-корреспондентами. При этом возможны потеря или дублирование данных.

10) Маршрутизация.

Функция маршрутизации на (N)-уровне обеспечивает прохождение данных через цепочку (N)-объектов. Факт такой маршрутизации не известен ни нижним, ни верхним уровням. Объект, участвующий в выполнении функции маршрутизации, может иметь таблицу маршрутизации.