10.3. Еталонна модель інфокоммуникационной мережі

Об'єднання телекомунікаційних і комп'ютерних мереж, реалізоване в сучасних системах зв'язку, базується на так званій концепції відкритих систем, яка прийшла в інфокоммуникациі з обчислювальної техніки. На початку 80-х років МОС визнала необхідність створення моделі мережі, на основі якої постачальники телекомунікаційного устаткування могли б створювати мережі, що взаємодіють один з одним. У 1984 р. такий стандарт був випущений під назвою Еталонна модель взаємодії відкритих систем (ВОС, Open System Interconnect, OSI). Модель ВОС визначає процедури передачі даних між системами, які «відкриті» один одному в інформаційному плані завдяки спільному використанню відповідних стандартів. Передбачається, що реалізація стандартів в кожній системі створить уніфіковану структуру, яка зменшить труднощі в з'єднанні різнорідних схем. Загальні властивості відкритих систем: масштабованість (розширюваність) — scalability / extensibility; мобільність (переносимість) — portability; інтероперабельность (здібність до взаємодії з іншими системами) — interoperability; проста керованість (дружність до користувача) — driveability.

Еталонна модель OSI описує, яким чином інформація проходить через середовище передачі від прикладного процесу-джерела до процесу-одержувача (наприклад, відеокамера-волоконно-оптічеський КАБЕЛЬ-ТБ приймач), визначає процедури роботи в єдиній мережі систем, виготовлених різними виробниками, координує взаємодію прикладних процесів; рекомендує форми представлення даних,забезпечує одноманітність зберігання даних, управління мережевими ресурсами, безпеку даних і захист інформації, діагностику призначеного для користувача устаткування і технічних засобів. При розгляді конкретних телекомунікаційних систем виробляється порівняння їх архітектури з моделлю OSI/ISO.

У загальному вигляді все інфокоммуникационная середовище представляється як розподілене інформаційно-обчислювальне середовище (далі — середовище), що реалізовується великим числом всіляких апаратних і програмних засобів. По вертикалі це середовище ділиться на ряд логічних рівнів (мал. 10.4), кожен з яких виконує одне із завдань перенесення через неї інформації від користувача до користувача. Рівні і їх основні характеристики показані в таблиці. 10.6. По горизонталі середовище ділиться на локальні частини, які і називаються відкритими системами (кожна з них задовольняє стандартам ISO). На мал. 10.4 показана взаємодія відкритих систем А і В. Таким образом, еталонна модель OSI ділить проблему передачі інформації між користувачами на сім менш великих і, отже, легше вирішуваних завдань, але кожен з рівнів взаємодіє з вище і нижчестоячим рівням однієї системи в відповідності з принципом автономності.

Рис. 10.4. Область взаємодії відкритих систем

Таблиця 10.6. Функції рівнів моделі ВОС

Рівень	Функції
1. Фізичний рівень	Описує процедурні та функціональні характеристики встановлення, підтримки і роз'єднання фізичного каналу між кінцевими системами; забезпечує передачу бітів по фізичних каналах / лініях зв'язку і визначає електричний інтерфейс (з'єднання і роз'єми), а також середовище передачі сигналів. Функції цього рівня реалізують всі пристрої, підключені до мережі (обладнання зв'язку, включаючи термінали, комп'ютери та ін.). Наприклад, з боку ПК функції фізичного рівня виконує мережевий адаптер або послідовний комунікаційний порт
2. Канальний рівень	Забезпечує транзит даних через фізичний канал, перевіряючи доступність середовища передачі, яка може бути зайнята іншими працюючими пристроями; вирішує питання фізичної адресації, топології мережі, лінійної дисципліни (тобто яким чином кінцевої системі використовувати мережевий канал) та управління потоком інформації, реалізує механізми виявлення й корекції помилок. У глобальних мережах без регулярної топології забезпечує обмін повідомленнями лише між двома точками, сполученими індивідуальною лінією зв'язку (комп'ютерами, обладнанням зв'язку). Прикладом такого протоколу є «точка-точка» (Point – to – Point Protocol, PPP). Приклади протоколів канального рівня — Ethernet, Token Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
3. Мережевий рівень	На цьому рівні працюють мережеві протоколи, які реалізують просування пакетів через мережу, і протоколи маршрутизації, які забезпечують збір інформації про топологію міжмережевих з'єднань і обмін маршрутною інформацією. Критерієм при виборі маршруту є час передачі даних з даного маршруту, яке залежить від пропускної здатності каналів зв'язку і інтенсивності трафіку. Працюють також протоколи дозволу адрес (Address Resolution Protocols, ARP), що відповідають за переклад логічного адреси вузла, використовуваного на мережному рівні, в фізичну адресу, використовуваний в локальній мережі. Прикладом цього рівня є протокол міжмережевої взаємодії IР стека ТСР/IР (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
4. Транспортний рівень	Головною функцією рівня є надійне транспортування даних через мережу. Він визначає механізм аналізу і поділу інформаційних потоків (потоків даних) на блоки, які підходять для передачі по конкретній мережі, наприклад, мовної трафік може отримати більш високий пріоритет і якість обслуговування, ніж трафік даних електронної пошти. Рівень забезпечує механізми для установки. підтримки і упорядкованого завершення дії каналів, систем виявлення та усунення несправностей транспортування та управління інформаційним потоком (з метою запобігання переповнення системи даними з іншої системи, а також захисту мереж від несанкціонованого доступу)
5. Сеансовий рівень	Управляє діалогом між двома або більше мережними пристроями, тобто встановлює, управляє і завершує сеанси взаємодії між прикладними процесами; синхронізує діалог між ними і керує обміном інформації між ними На практиці лише деякі додатки використовують сеансовий рівень, і він рідко реалізується у вигляді окремих протоколів, функції цього рівня часто об'єднують з функціями прикладного рівня і реалізують в одному протоколі
6. Рівень представлення	Відповідає за то, щоб інформація, що посилається з прикладного рівня однієї системи, була читається для прикладного рівня іншої системи; управляє стисненням даних. На цьому ж рівні виконується шифрування і дешифрування даних
7. Прикладний рівень	Найближча до користувача рівень; управляє спільним доступом до даних і обробкою помилок. Прикладами прикладних процесів можуть служити процеси передачі мовних сигналів, бази даних, текстові процесори і т.д. Прикладний рівень ідентифікує і встановлює наявність передбачуваних партнерів для зв'язку, синхронізує спільно працюючі прикладні процеси (обмін файлами, спільне використання принтера або роботу з різними додатками і т.д.), а також встановлює та узгоджує процедури усунення помилок і управління цілісністю інформації. визначає достатність ресурсів для передбачуваної зв'язку. Одиницю даних, з якою оперує прикладний рівень, зазвичай називають сполученням

Автономність в найзагальнішому вигляді прийнято визначати як істотну незалежність в поведінці відповідних систем від їх оточення. Зрозуміло, будь-яка незалежність має певні кордони, але в рамках цих кордонів незалежність носить істотний характер, тому автономні системи діють там сповна самостійно. У обговорюваному випадку зміна або модифікація одного рівня в системі А або В не повинні приводити до зміни інших рівнів.

Два нижчі рівні еталонної моделі OSI реалізуються апаратним і програмним забезпеченням (прикладна платформа), останні п'ять рівнів, як правило, реалізуються програмним забезпеченням (транспортна платформа). Три нижні рівні моделі OSI є мережезалежними, оскільки тісно пов'язані з конкретною технічною реалізацією мережі (мережевим устаткуванням), тобто перехід на устаткування з іншими протоколами вказаних рівнів має на увазі повну зміну протоколів відповідних рівнів у всіх вузлах мережі (що вимагає часом чималих інвестицій). Три верхні рівні моделі OSI є мереженезалежні, оскільки орієнтовані на додатки і мало залежать від технічних особливостей побудови мережі, зміни її топології, заміни устаткування або переходу на іншу мережеву технологію. Транспортний рівень є проміжним і приховує всі деталі функціонування нижніх рівнів від верхніх, що дозволяє розробляти додатки, не залежні від технічних засобів безпосереднього транспортування повідомлень.

Частина відкритої системи, що реалізовує деяку функцію і що входить до складу якого-небудь рівня, називається об'єктом. Набор правил взаємодії об'єктів одного і того ж N-TO рівня називається n-протоколом. Кожен рівень моделі OSI має власний пов'язаний з ним протокол, і якщо для здійснення процесу комунікацій необхідно більш за один протокол, то протоколи групуються в стек, тобто групу протоколів, впорядкованих у вигляді рівнів (від низу до верху) для реалізації комунікаційного процесу (прикладом стека протоколів є TCP/IP, широко вживаний в ОС UNIX і ті для Інтерну). Для забезпечення взаємодії двох комп'ютерів (устаткування зв'язку) на кожному з них повинен виконуватися один і той же стек протоколів. Виконуючи однаковий стек протоколів, комп'ютери можуть мати різні операційні системи. Наприклад, машина DOS, що виконує стік TCP/IP, може взаємодіяти з ПК Macintosh, де також функціонує TCP/IP. Для позначення одиниць даних, з якими мають справу протоколи різних рівнів, в OSI використовується загальна назва — протокольний блок даних (Protocol Data Unit, PDU). Для позначення PDU певних рівнів використовують спеціальні назви: кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment).

Зв'язок між об'єктами сусідніх рівнів визначається інтерфейсом — зв'язок між об'єктами рівнів N і N— 1 визначається (N- 1) -м інтерфейсом. Як приклад передбачимо, що система А на мал. 10.5 має інформацію для відправки в систему В. Починаючи з верхнього кожен рівень в А сполучається з нижче стоячими рівнями до рівня 1, завдання якого — віддавати (а також забирати) інформацію у фізичне середовище. Після того, як інформація проходить через фізичне середовище і приймається системою В, вона піднімається через рівні У в зворотному порядку, поки не досягне прикладного процесу системи В. Разом з тим для виконання властивих кожному рівню завдань необхідне повідомлення з відповідним рівнем іншої системи, тобто рівня 1 системи А з рівнем 1 системи В і так далі. Таким чином, кожен рівень системи А використовує послуги, що надаються йому суміжними рівнями, щоб здійснити зв'язок з відповідним йому рівнем системи В. Нижче стоячий рівень називається джерелом послуг, а вищестоящий — користувачем послуг. Взаємодія рівнів відбувається в так званій точці надання послуг, а взаємодія між системами здійснюється за допомогою протоколу і інтерфейсу.

Рис. 10.5. Модель рівня

Обмін інформацією, що управляє, між відповідними рівнями різних систем (мал. 10.6) виробляється за допомогою спеціальних заголовків, що додаються до передаваного корисного інформаційного навантаження. Кожен рівень передавальної системи, що пролягає нижче, додає до інформаційного блоку, що поступив від вищерозміщеного рівня, свій заголовок з необхідною інформацією, що управляє, для відповідного рівня іншої системи. У приймаючій системі виробляється аналіз інформації, що управляє, і видалення відповідного заголовка перед передачею інформаційного блоку вищерозміщеному рівню. Таким чином, розмір інформаційного блоку збільшується при русі зверху вниз по рівнях в передавальній системі і зменшується при русі від низу до верху по рівнях в приймаючій системі.

Рис. 10.6. Формуванні інформаційних блоків

Не дивлячись на те що еталонна модель OSI спочатку була розроблена для інформаційних систем, вона застосовна і до існуючих мереж електрозв'язку, що показане на прикладі їх прояву в телефонній мережі і мережі Інтернет (таблиця. 10.7). Основна відмінність розглянутих мереж полягає в тому, що велика частина рівнів в Інтернеті реалізується програмно, тоді як в телефонній мережі — апаратний. Залишається додати, що викладене вище може переконати читача в тому, що, наприклад, телефонна мережа — лише одна з безлічі реалізацій інфокомунікаційної мережі.

Таблиця 10.7. Порівняння функцій рівнів OSI для Інтернету і телефонної мережі

Інтернет	Телефонна мережа
Прикладний рівень (7)
Визначає наявність партнерів та необхідні ресурси, синхронізує роботу прикладних програм, встановлює угоди по процедурам усунення помилок і управляє цілісністю переміщення даних	Проявляється у властивостях лінії зв'язку без урахування се внутрішньої схеми побудови. До таких властивостей відносяться: діапазон робочих частот (0,3-3,4 кГц), рівень шуму, АЧХ і пр.
Рівень представлення (6)
Відповідає за подання даних посилаються з прикладного рівня однієї системи в адресу другий, для чого узгодить формат і синтаксис перемішали даних. У разі необхідності можуть виконуватися алгоритми шифрування для захисту переміщуваних даних		Проявляє себе при необхідності узгодження спільної роботи методів дискретизації або коли потрібно узгодити алгоритми стиснення мовної інформації
Сеансовий рівень (5)
Встановлює, управляє і завершує сеанси взаємодії між двома або більше прикладними завданнями, а так же синхронізує і управляє переміщенням інформації між ними. Встановлює клас послуг і повідомляє про виняткових ситуаціях, забезпечує відповідність символьного представлення адреси з двійковим поданням відповідно з протоколами та ін.		Управляє викликом та сигналізацією при наборі і передачі номера на АТС. Здійснює контроль виконання системи розрахунків з абонентами. В мережах рухомого зв'язку забезпечує стеження за зміною місця розташування абонента і переадресацією виклику. В інтелектуальній мережі виконує набір додаткових функцій обробки викликів і сеансів
Транспортний рівень (4)
Забезпечує перенесення інформації по надійним або ненадійним з'єднанням, реалізує якість обслуговування трафіку, запитувана сеансовим рівнем з метою запобігання переповнення однієї системи даними з іншої системи		Реалізує методи мультиплексування мовного трафіку а так само додаткові методи мультиплексування для об'єднання мовного трафіку з іншими видами трафіку
Мережевий рівень (3)
Забезпечує встановлення необхідного типу з'єднання між двома кінцевими системами шляхом вибору маршруту через безліч підмереж. Протоколи маршрутизації здійснюють синхронізацію маршрутних таблиць, за якими алгоритми маршрутизації обчислюють маршрути		Встановлює з'єднання між що викликають і що викликається абонентами за допомогою системи сигналізації. Наприклад, однією з функцій системи сигналізації є організація тракту передачі через вузли комутації всього безлічі підмереж, складових ТфОП
Канальний рівень (2)
Забезпечує транзит даних через фізичний канал. Виконуючи це завдання, рівень вирішує питання фізичної адресації, топології мережі, лінійної дисципліни (спосіб використання каната передачі), впорядкованої доставки блоків даних, повідомлення про несправності і управління потоком даних
Фізичний рівень (1)
Визначає електротехнічні, механічні, процедурні та функціональні характеристики активації, підтримки і дезактивації фізичного каналу між кінцевими системами. Специфікації фізичного рівня визначають рівні напруг, синхронізацію зміни напружень, швидкість передачі повідомлень, максимальні відстані передачі, фізичні з'єднувачі і інші аналогічні характеристики

Важливо підкреслити, що еталонна модель 081 не є конкретною реалізацією мережі, вона визначає функції протоколу кожного рівня. Відповідно до цього розуміння відкрита система — це система, що реалізовує відкриті специфікації на інтерфейси, сервіси і підтримувані формати даних, достатні для того, щоб забезпечити розробленим застосуванням можливість їх перенесення з мінімальними змінами на інші системи, спільної роботи з іншими застосуваннями на локальній і видалених системах взаємодії з користувачами в стилі, що полегшує тим перехід від системи до системи. Ключові слова в цьому визначенні відкрита специфікація, тобто загальнодоступна специфікація, яка підтримується відкритим, явним погоджувальним процесом, направленим на постійну адаптацію нової технології, і відповідає стандартам. Відкрита специфікація не залежить від технології, тобто від специфічного апаратного і програмного забезпечення конкретного виробника, і однаково доступна будь-якій зацікавленій стороні. Більш того, відкрита специфікація знаходиться під контролем громадськості і тому всі, кого вона зачіпає, можуть брати участь в її розробці. І хоча багато консорціумів і приватні компанії розробляють специфікації, що не підпадають під це визначення, проте ключовою характеристикою у визначенні відкритої специфікації є не джерело новини, а підтримка. Наприклад, те, що ФОРТРАН був розроблений 1ВМ, не перешкодило появі відкритої специфікації, оскільки стандарт Фортрану зараз підтримується відкритим і явним погоджувальним процесом.

На закінчення відзначимо, що моделі відкритих систем, мабуть, не випадково складаються з семи компонентів, можна навести приклади музичної моделі з семи основних нот, світлової моделі з семи основних кольорів, біоенергетичній моделі людини з семи чакр і тому подібне Можливо, це зайвий раз ілюструє, що поняття OSI і процес розвитку інфокомунікацій мають сповна об'єктивний характер. Але абсолютно очевидно, що робота менеджера в організації зв'язку, до якого б рівня управління він не належав, вимагає від нього хоч би загальних уявлень про сучасні технології виробництва послуг для вирішення завдань вибору і розподілу обмежених ресурсів з метою забезпечення конкурентоспроможності підприємства і виходячи з інтересів клієнтів, які дуже часто навіть не здогадуються про ті можливості, які їм дають сучасні інфокомунікації.

«Закон Шмідта. Якщо достатньо довго псувати машину, вона зламається».

А. Бліх. «Закон Мерфі»