Лекція 2. Обладнання комп’ютерних мереж
1 Модель osi
Еталонна модель, розроблена Міжнародною організацією зі стандартизації (International Organization for Standardization, ISO), дістала назву Open System Interconnection Reference Model (надалі – модель OSI).
Нагадаємо, що означає поняття «відкрита система». У широкому значенні відкритою може бути названа кожна система (комп'ютер, обчислювальна мережа, ОС, програмний пакет, апаратні й програмні продукти), що побудована відповідно до відкритих специфікацій. Під терміном "специфікація" в обчислювальній техніці розуміють опис апаратних або програмних компонентів: способів їхнього функціонування, взаємодії з іншими компонентами, умов експлуатації, обмежень і особливих характеристик.
Під відкритими специфікаціями розуміють опубліковані загальнодоступні специфікації, що відповідають стандартам і прийняті в результаті досягнення згоди після всебічного обговорення всіма зацікавленими сторонами.
Для реальних систем повна відкритість є недосяжним ідеалом, «відкриті» лише деякі частини, що підтримують зовнішні інтерфейси. Наприклад, відкритість сімейства операційних систем Unix полягає, крім усього іншого, у наявності стандартизованого програмного інтерфейсу між ядром і прикладними програмами, що дозволяє легко переносити їх із середовища однієї версії Unix у середовище іншої. Чим більше відкритих специфікацій використано при розробці системи, тим більш відкритою вона є.
У моделі OSI під відкритою системою розуміється мережний пристрій, готовий взаємодіяти з іншими мережними пристроями з використанням стандартних правил, що визначають формат, зміст і значення прийнятих та відправлених повідомлень.
Якщо дві мережі побудовані з дотриманням принципів відкритості, то це дає наступні переваги:
можливість побудови мережі з апаратних і програмних засобів різних виробників, що дотримуються одного стандарту;
можливість безболісної заміни окремих компонентів мережі іншими, більш досконалими, що дозволяє мережі розвиватися з мінімальними витратами;
можливість легко поєднувати одну мережу з іншою;
простота освоєння й обслуговування мережі.
Модель OSI визначає різні рівні взаємодії систем, дає їм стандартні імена та вказує, які функції повинен виконувати кожен рівень. Вона була розроблена на підставі набутого досвіду при створенні глобальних комп'ютерних мереж у 70-ті роки.
У моделі OSI засоби взаємодії ділять на сім рівнів (рис. 3.1).
7-й – прикладний (Application);
6-й – представлення (Presentation);
5-й – сеансовий (Session);
4-й – транспортний (Transport);
3-й – мережний (Network);
2-й – канальний (Data Link);
1-й – фізичний (Physical).
Кожен рівень має справу з однією стороною взаємодії мережних пристроїв. Модель OSI описує взаємодію двох мережних комп'ютерів. Передача даних від одного комп'ютера до іншого починається із сьомого рівня; дані передаються з рівня на рівень. При прийомі дані передаються нагору від першого рівня. Два комп'ютери здійснюють мережну взаємодію тоді, коли їхнє програмне забезпечення відповідного рівня моделі OSI може взаємодіяти між собою.
Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, реалізовані операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Слід зауважити, що модель не включає ті засоби, які дозволяють взаємодіяти прикладним програмам кінцевих користувачів. Вони мають власні правила взаємодії, які реалізують, звертаючись до системних засобів. Тому потрібно відрізняти рівень взаємодії прикладних програм і прикладний рівень.
Слід мати на увазі, що прикладна програма може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деякі СУБД мають убудовані засоби віддаленого доступу до файлів. У цьому випадкові прикладна програма, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; вона обходить верхні рівні моделі OSI і звертається прямо до системних засобів, відповідальних за транспортування повідомлень по мережі, які розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.
Нехай прикладна програма звертається із запитом до прикладного рівня, припустимо, до файлової служби. На підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається із заголовка й поля даних. Заголовок містить службову інформацію (у нашому прикладі – інформацію про місцезнаходження файлу і про те, що з ним потрібно зробити). Цю інформацію необхідно передати через мережу прикладному рівню тієї машини, якій адресоване повідомлення (комп'ютера-адресата), щоб повідомити йому, яку роботу їй треба виконати. Поле даних повідомлення може бути або порожнім, або містити які-небудь дані (які, наприклад, слід записати у віддалений файл).
Зараз на прикладному рівні моделі OSI повідомлення сформоване. Прикладний рівень направляє його вниз до рівня представлення. Програмні засоби рівня представлення читають заголовок отриманої інформації із прикладного рівня, виконують необхідні дії, потім додають до повідомлення власну службову інформацію – заголовок рівня представлення. У цьому заголовку вміщуються інструкції для рівня представлення комп'ютера-адресата.
Отримане в результаті повідомлення передається вниз сеансовому рівню, що у свою чергу додає свій заголовок тощо. (Деякі засоби рівнів поміщають службову інформацію не тільки на початку повідомлення у вигляді заголовка, але й наприкінці у вигляді так званих "кінцевих міток".)
Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, що, власне, й передає його по лініях зв'язку комп'ютеру-адресатові. До цього моменту повідомлення встигло "обрости" заголовками всіх рівнів.
Рисунок 3.1 – Заголовки і дані при передачі повідомлення
Повідомлення мережею надходить до комп'ютера-адресата. Воно приймається його фізичним рівнем і послідовно переміщається вгору з рівня на рівень. Кожен рівень аналізує та обробляє заголовок свого рівня, виконує відповідні даному рівню функції, а потім видаляє цей заголовок і передає повідомлення вищому рівню. У підсумку віддалений комп'ютер-адресат виконує якісь дії, що були зазначені в отриманому повідомленні, й посилає відповідь-результат, та тепер він уже не комп'ютер-адресат, а комп'ютер-відправник і т. д.
Термін повідомлення (message) має багато синонімів, які застосовують у документації, в описі роботи тощо для позначення одиниць даних у процедурах обміну. У стандартах ISO для позначення одиниць даних, із якими мають справу протоколи різних рівнів, використовується загальна назва «протокольний блок даних (Protocol Data Unit, PDU)». Для позначення блоків даних певних рівнів використовують спеціальні назви: «кадр (frame)», «пакет (packet)», «датаграма (datagram)», «сегмент (segment)».