Лекция № 11

Взаимосвязь открытых систем (ВОС). Эталонная модель ВОС. (2ч.)

Проблема взаимосвязи открытых систем возникла в тот момент, когда появилась необходимость обеспечить взаимодействие неоднородных вычислительных систем в функциональной среде передачи данных. При этом пользователи одной ЭВМ могли взаимодействовать с другой ЭВМ независимо от конкретных характеристик, архитектуры и изготовителя этих машин.

Эталонная модель ВОС содержит семь уровней. Каждый уровень имеет протокольную спецификацию, или совокупность правил, управляющих диалогом между равноправными процессами (процессами одного уровня), и перечень услуг, которые описывают абстрактный интерфейс со следующим вышерасположенным уровнем.

Каждый уровень использует услуги нижерасположенного уровня; в свою очередь, каждый уровень предоставляет услуги следующему вышерасположенному уровню.N-й уровень одной машины ведет диалог с N-м уровнем другой машины. Правила ведения этого диалога и соглашения по диалогу называются протоколом N-го уровня. Логические объекты, в совокупности образующие соответствующие уровни в различных машинах, называются равноправными процессами. Другими словами, равноправные процессы N-го уровня взаимодействуют между собой, используя протокол N-го уровня. Прозрачность - свойство передачи информации, закодированной любым способом, понятное взаимодействующим уровням.

Сообщение порция информации, представленная в виде последовательности символов и предназна­ченная для передачи по сети. Пакет - часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту.

Уровни 1-3 определяют межмашинное взаимодействие через промежуточные системы.

Уровень 4 - взаимодействие между системами.

Уровни 5-7 обеспечивают функции, ориентированные на пользователя.

Уровни 1-6 вместе с физической средой ВОС обеспечивают поэтапное расширение предоставляемых услуг.

Самым верхним является прикладной уровень, который состоит из прикладных логических объектов, взаимодействующих в функциональной среде ВОС. Нижние уровни предоставляют услуги, посредством которых взаимодействуют логические объекты прикладного уровня.

Перед подачей в сеть, для повышения скорости передачи, данные разбиваются на пакеты.. Пакет проходит последовательно все уровни сверху-вниз, на каждом из которых получает добавочную служебную информацию (заголовки), необходимую для передачи по сети. На принимающей стороне пакет проходит уровни в обратном направлении, оставляя на соответствующих уровнях добавочную информацию.

При работе в составе вычислительной сети прикладная программа какого-то процесса на передающей станции формирует запрос стандартного формата, определяемого протоколом. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. В состав этого сообщения дополнительно включается служебная информация, которую необходимо передать через сеть программному обеспечению прикладного уровня машины-адресата. Это сообщение передается на представительный уровень передающей станции.

На представительном уровне также производится преобразование передаваемого сообщения, добавление в него служебной информации, которая будет использована на представительном уровне машины-приемника.

Увеличенное сообщение передается на сеансовый уровень, на котором будут выполнены необходимые преобразования. Потом сообщение будет передано на транспортный уровень и так далее до физического уровня, который связан непосредственно с физической средой и формирует сигналы, с помощью которых сообщение будет передаваться машине-приемнику.

На приемном конце производятся обратные преобразования. Сначала сообщение поступает на физический уровень, затем на канальный, затем на сетевой и т.д. На каждом уровне из сообщения или из пакета выделяются служебные признаки, которые используются при обработке на данном уровне. На каждый более высокий уровень сообщение или пакет передаются в укороченном виде.

В процессе обработки на прикладном уровне программное обеспечение этого уровня выделяет последний служебный признак и предоставляет пользователю сообщение в заданном виде.

Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ. Функции физического уровня реализуются в аппаратуре (адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т. д.). Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей – драйверов.

Рассмотрим функции, которые выполняет каждый из семи уровней:

1-й, физический уровень осуществляет физические соединения для передачи данных между объектами, а также кодирование и декодирование;

В вычислительной машине эти функции выполняют сетевые адаптеры или последовательные порты. Протоколы физического уровня используют модемы и устройства коммуникационного оборудования.

2-й, канальный уровень управляет передачей информации по каналу: дает стартовый сигнал и организует начало передачи информации, саму передачу информации по каналу, проверку получаемой информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта техники;

3-й, сетевой уровень прокладывает путь между системой – отправителем информации и системой адресатом далее – через всю коммуникационную подсеть, т.е. обеспечивает маршрутизацию сообщения; управляет потоками данных, служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей.

4-й, транспортный уровень выполняет функции управления передачей данных от системы-источника к системе-адресату;

5-й, сеансовый уровень предназначен для обмена данными. Для передачи данных уровень использует транспортные соединения. Сеансовый уровень выполняет функции организации и проведения сеансов связи между прикладными вычислительными процессами.

6-й, представительный уровень (представления данных) подготавливает информацию в таком виде, в каком требуют прикладные программы (т.е. гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе). Так, если, например, используется монитор, то информация формируется в виде страницы с заданным числом строк определенной длины, и она передается на экран. На этом уровне происходит преобразование данных, что обеспечивает секретность обмена данными.

7-й, прикладной уровень обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы (например, получение доступа к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры).

Ярким примером открытой системы является международная сеть Internet. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в разных странах. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру. Следует обратить внимание, что сеть Internet, построенная на основе протоколов TCP/IP, далеко не решает всех проблем открытых систем.