Эталонная модель взаимодействия открытых систем (osi – Open System Interconnection)

Теоретическую основу современных информационных сетей определяет базовая эталонная модель OSI, описанная стандартом международной организации стандартов ISO.

Согласно модели выделяют 7 уровней, образующих область взаимодействия открытых систем.

Функции уровней системы OSI

№	Уровень	Функции
7	Прикладной	Прикладной уровень определяет, как приложения взаимодействуют друг с другом. К этому уровню относится набор протоколов, с помощью которых пользователи получают доступ к разделяемым ресурсам: файлам, Web-страницам, сообщениям электронной почты и др. (например, FTP, SMTP, HTTP, Telnet).
6	Представительный	Уровень представления имеет дело с формой представления передаваемой по Сети информации, не меняя при этом ее содержания. На этом уровне решаются, например, такие задачи, как перекодировка текстовой информации и изображений, сжатие и распаковка и т.д. На этом уровне также может происходить шифрование данных. (Пример протокола – SOAP ?).
5	Сеансовый	Сеансовый уровень отвечает за установление, поддержку и прекращение связи между приложениями, работающими в разных частях Сети. Он восстанавливает аварийно оконченные сеансы.
4	Транспортный	Транспортный уровень обеспечивает приложениям верхнего уровня (сеансовому и прикладному) передачу данных с необходимой степенью надежности. Данный уровень контролирует поток данных, который проходит по маршруту, определенному сетевым уровнем, проверяет правильность передачи блоков данных, правильность доставки в нужный пункт назначения, комплектность, сохранность, порядок следования.
3	Сетевой	Сетевой уровень осуществляет выбор маршрута. На этом уровне происходят выборка информации из источника, преобразование ее в пакеты и правильная передача в точку назначения. Для отправки сообщений по Сети (Сеть может иметь много линий связи) требуется определение пути, по которому следует пересылать данные. На данном уровне производится обработка адресов и маршрутизация
2	Канальный	Канальный уровень обеспечивает безошибочную передачу блоков данных через физический уровень, который при передаче может искажать данные. На этом уровне определяются начало и конец кадра в битовом потоке, проходит процедура проверки наличия ошибок и их исправления.
1	Физический	Физический уровень включает физические аспекты передачи двоичной информации по линии связи. Этот уровень имеет дело с передачей битов по различным физическим каналам связи: витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно и т.п., описывает природу передающей среды (напряжения, частоты и т.д.). Безошибочность здесь желательна, но не обязательна.

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на отдельные конкретные задачи. Функции уровня могут выполняться программными, аппаратными или программно-аппаратными средствами.

Сетевые службы. Каждый уровень, подчиняется определенному сетевому протоколу, определяющему набор сетевых служб - набора функций, которые уровень может выполнить для вышележащего, чтобы взаимодействие прошло успешно. С другой стороны, протокол - это правила, которым должен следовать каждый уровень, чтобы выполнить сетевую службу. Как видно, сетевая модель ISO/OSI четко определяет разницу между протоколами и сетевыми службами.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые ОС, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает в себя средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому нужно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

Два самых низших уровня эталонной модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением, остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. Эталонная модель OSI описывает, каким образом информация проходит через среду передачи (например, металлические провода) от прикладного процесса-источника (например, по передаче речи) до процесса-получателя.

Рис. 2.1. Пример связи уровней OSI

В качестве примера связи типа OSI предположим, что Система А на Рис. 2.1 имеет информацию для отправки в Систему В. Прикладной процесс Системы А сообщается с Уровнем 7 Системы А (верхний уровень), который сообщается с Уровнем 6 Системы А, который в свою очередь сообщается с Уровнем 5 Системы А, и так далее до Уровня 1 Системы А. Задача Уровня 1 - отдавать (а также забирать) информацию в физическую среду. После того, как информация проходит через физическую среду и принимается Системой В, она поднимается через слои Системы В в обратном порядке (сначала Уровень 1, затем Уровень 2 и т.д.), пока она, наконец, не достигнет прикладного процесса Системы В.

Каждый из уровней сообщается с выше- и нижестоящими уровнями данной системы. Однако для выполнения присущих уровню задач необходимо сообщение с соответствующим уровнем другой системы, т.е. главной задачей Уровня 1 Системы А является связь с Уровнем 1 Системы В; Уровень 2 Системы А сообщается с Уровнем 2 Системы В и т.д. Но такая связь возможна только через вертикальный интерфейс. Поэтому говорят, что одноименные уровни соединены виртуальной связью.

Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями разных систем. Следовательно, каждый уровень Системы А использует услуги, предоставляемые ему смежными уровнями, чтобы осуществить связь с соответствующим ему уровнем Системы В. Нижестоящий уровень называется источником услуг, а вышестоящий - пользователем услуг. Взаимодействие уровней происходит в так называемой точке предоставления услуг (точки доступа сервиса). Взаимоотношения между смежными уровнями отдельной системы показаны на Рис. 2.2.

Сервис может принимать различные формы: преобразование кодов, форматов, массивов информации; управление потоками, подтверждение о доставке; установление поддержание и расторжение связи; выбор протокола из набора протоколов данного уровня:; маршрутизация информации и т.д.

Рис. 2.2. Взаимодействие между уровнями отдельной системы

Обмен управляющей информацией между соответствующими уровнями разных систем производится в виде обмена специальными "заголовками", добавляемыми к полезной информационной нагрузке. Обычно заголовок предшествует фактической прикладной информации. Каждый нижележащий уровень передающей системы добавляет к поступившему от вышележащего уровня информационному блоку свой заголовок с необходимой управляющей информацией для соответствующего уровня другой системы (Рис. 2.3).

В модели OSI различают два основных типа протоколов:

1. с установлением соединения

2. без предварительного установления соединения

Рис. 2.3. Формирование информационных блоков

В принимающей системе производится анализ данной управляющей информации и удаление соответствующего заголовка перед передачей информационного блока вышележащему уровню. Таким образом, размер информационного блока увеличивается при движении сверху вниз по уровням в передающей системе и уменьшается при движении снизу вверх по уровням в принимающей системе.

Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции протокола каждого уровня.

Рис. 2.4. Обработка данных маршрутизатором

При передаче сообщения через промежуточный узел (маршрутизатор) происходит обработка заголовков трех уровней — до сетевого (рис. 2.4). Именно на сетевом уровне производится обработка адресов и маршрутизация.

На рисунках показан основной механизм передачи данных по иерархии протоколов, который называют инкапсуляцией; данные инкапсулируются в пакет следующего уровня (то есть дополняются соответствующими заголовками). Но процесс фрагментации пакетов на рисунках не отражен. Необходимо иметь в виду, что во всех стеках существуют протоколы, отвечающие за фрагментацию сообщения прикладного уровня на блоки, которые укладываются в кадры канального уровня. Например, в стеке TCP/IP эту процедуру выполняет TCP, который нарезает поток байтов, поступающий с прикладного уровня, на пакеты нужного размера. Перед отправкой TCP-пакеты помещаются в оболочку IP-пакетов. Если же в каком-либо месте Сети необходимы более мелкие пакеты, то IP-пакеты могут дополнительно фрагментироваться и затем вновь объединяться в блоки данных TCP. Условно верхние уровни OSI (приложения и представления данных) можно отнести к функциям взаимодействия с приложением, а более низкие уровни — к функциям связи.