7. Модели взаимодействия открытых систем. Протоколы и интерфейсы. Семиуровневая модель.

Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection – OSI), разработанной Международной организацией стандартизации (International Standardization Organization – ISO). Модель разбивает взаимодействующие системы на семь уровней (прикладной, уровень представления данных, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический) и рассматривает функции, доступные на каждом из них, не определяя, однако, их функциональную реализацию.

Базовым понятием в области построения и функционирования сетей является протокол. Согласно определению ISO, протокол – это набор семантических и синтаксических правил, определяющих поведение систем, устройств и процессов при передаче данных. Проще говоря, протоколы – это некие схемы или алгоритмы, следуя которым все узлы сети стандартным образом подготавливают данные к передаче и осуществляют ее. Каждый из уровней может иметь собственные протоколы, т. е. те наборы правил, в соответствии с которыми данные будут преобразовываться для передачи на следующий уровень.

Модель OSI включает в себя два аспекта связи: горизонтальный, описывающий взаимодействие процессов одного уровня на различных узлах сети, и вертикальный, имеющий дело со взаимодействием протоколов разных уровней при передаче информации в пределах одного узла. Программа или протокол на некоторой машине А связываются с аналогичной программой или протоколом того же уровня на машине В. Для того чтобы это осуществить, программы обеих машин должны использовать иерархию протоколов нижних уровней. Процессу-отправителю на машине А это необходимо для корректной инкапсуляции данных, чтобы они достигли места назначения, а процессу-получателю на машине В – для того, чтобы восстановить эти данные и проконтролировать отсутствие ошибок при передаче.

Прикладной уровень (Application layer) – наивысший в модели. Он отвечает за предоставление прикладным программам доступа к сети. Примерами задач данного уровня являются передача файлов, услуги электронной почты и сетевое управление. Прикладной уровень передает запросы программ и данные на уровень представления. Характерными примерами протоколов прикладного уровня являются FTP, X400(протокол, представляет собой набор рекомендаций по построению системы передачи электронных сообщений, не зависящей от используемых на сервере и клиенте операционных систем и аппаратных средств), SMTP, POP3 IMAP, Telnet, HTTP, SMB (Server Message Block),CIFS (Common Internet File System) .

Уровень представления данных, или представительский уровень (Presentation layer) осуществляет преобразование данных прикладного уровня к виду, "понятному" для нижних уровней, а также упаковку и кодирование информации с помощью таких протоколов, как XDR(External Data Representation), AFP (Apple Filling Protocol – 6 и 7 ур OSI) и др.

Сеансовый уровень (Session layer) отвечает за установку и прекращение сеанса связи в сети, синхронизацию передачи пакетов и осуществление диалога, восстановление пакетов, утерянных при передаче, а также (совместно с транспортным) имеет функции контроля и управления.

Протоколы: AppleTalk Session Protocol (ASP), AppleTalk Data Stream Protocol (ADSP), NETBIOS (Network Basic Input/Output System).

Транспортный уровень (Transport layer) кроме упомянутых функций принимает данные от сеансового уровня и разбивает их на порции меньшего размера для сетевого уровня, а также выполняет функцию мультиплексора. Среди протоколов транспортного уровня можно выделить SPX, TCP и UDP.

Три нижних уровня модели OSI часто называют "подсетевыми" (subnet). Именно они отвечают за передачу пакетов от источника к месту назначения. Фактически, на таких вспомогательных сетевых узлах, как маршрутизаторы, повторители и концентраторы, работают только три эти уровня, поскольку никакие прикладные задачи на них не выполняются.

Сетевой, или пакетный уровень (Network layer) занимается определением адресов (или преобразованием логических адресов узлов сети в физические адреса), определением маршрута передачи пакетов, а также определением размера порции передачи данных по сети, контролем перегрузки сети, установлением и поддержкой связи. Протоколы этого уровня делятся на два класса: протоколы разрешения адресов и протоколы маршрутизации. Наиболее распространенные среди них – IP, ICMP, IPX.

Канальный уровень (Data link layer) осуществляет создание, передачу и получение пакетов. На этом уровне из данных сетевого уровня создаются специальные пакеты (кадры), соответствующие используемой архитектуре сети, после чего они передаются на физический уровень и пересылаются к месту назначения. В качестве примера протокола канального уровня можно привести протокол HDLC(High Level Data Link Control), {Ethernet, Token Ring FDDI, ATM, Frame Relay X.25 (частичо на канальном, частично на физическом)}.

Самый нижний уровень модели – физический (Physical layer). В системе-источнике он получает пакеты данных с канального уровня и преобразует их в серии электрических сигналов, представляющих 0 или 1. Эти сигналы распространяются по физическим линиям связи. Получив их, физический уровень системы-приемника опять преобразует их в двоичные значения, которые группируются в пакеты и передаются на канальный уровень, работа на котором зависит от типа используемой среды передачи данных (типа кабеля и т.п.). На этом уровне используются такие протоколы, как 10 BASE-T (сокращение от «baseband» signaling (метод передачи данных без модуляции, «T» происходит от словосочетания «twisted pair» (витая пара))

Протоколы соседних уровней, находящихся в одном узле, взаимодействуют друг с другом 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. Он ничего не сообщает о внутреннем устройстве уровня.