Вопрос 4. Взаимодействие в открытых системах. Межуровневое (вертикальное) взаимодействие. Межсистемное (горизонтальное) взаимодействие

Общая структура взаимодействия

Взаимодействие в открытых системах осуществляется в двух направлениях:nspk-nvr​

1. Вертикальное (межуровневое) — между уровнями одной системы

2. Горизонтальное (межсистемное) — между уровнями разных систем на одном и том же уровне

Межуровневое взаимодействие (вертикальное направление)

Определение: Межуровневое взаимодействие — это обмен данными и управляющей информацией между соседними уровнями (верхним и нижним) в пределах одной открытой системы.

Характеристики:

Каждый уровень выполняет две основные роли:

• Предоставляет услуги (service provider) — нижний уровень обслуживает верхний

• Потребляет услуги (service user) — верхний уровень использует услуги нижнего

Механизм вертикального взаимодействия:

Вертикальное взаимодействие реализуется через пункты доступа к услугам (SAP — Service Access Point). SAP — это логический элемент модели, через который один уровень может запрашивать услугу у соседнего уровня.skomplekt​

Процесс взаимодействия:nspk-nvr​

1. Верхний уровень формирует запрос к услуге у нижнего уровня

2. Нижний уровень принимает данные через SAP

3. Нижний уровень обрабатывает данные в соответствии со своими функциями

4. Нижний уровень передаёт обработанные данные к нижележащему уровню (или на следующий SAP)

5. При получении ответа процесс идёт в обратном направлении — снизу вверх

Единица данных протокола (PDU) при вертикальном взаимодействии:

• SDU (Service Data Unit) — единица данных, которую верхний уровень передаёт нижнему через SAP

• PDU (Protocol Data Unit) — единица данных протокола, в которую нижний уровень упаковывает SDU, добавляя свой заголовок (header) и, возможно, концевик (trailer/footer)

Пример иерархии SDU/PDU:cloud4box​

• SDU уровня 7 → PDU уровня 7 (для уровня 6)

• SDU уровня 6 → PDU уровня 6 (для уровня 5)

• и так далее...

Инкапсуляция данных:

При движении данных сверху вниз (от приложения к физической среде) происходит инкапсуляция:selectel​

• На уровне 7 — данные в виде сообщений

• На уровне 6 — добавляется заголовок представительного уровня (Presentation Header)

• На уровне 5 — добавляется заголовок сеансового уровня (Session Header)

• На уровне 4 — добавляется заголовок транспортного уровня → формируется сегмент

• На уровне 3 — добавляется заголовок сетевого уровня → формируется пакет

• На уровне 2 — добавляется заголовок канального уровня → формируется кадр

• На уровне 1 — преобразование в биты для передачи по физической среде

Декапсуляция данных:

При получении данных на принимающей стороне происходит декапсуляция — процесс, обратный инкапсуляции: каждый уровень снимает свой заголовок и передаёт данные верхнему уровню, пока данные не достигнут прикладного уровня в исходном формате.zametkinapolyah​

Межсистемное взаимодействие (горизонтальное направление)

Определение: Межсистемное взаимодействие — это обмен данными между одноименными уровнями (peer layers) различных открытых систем через протоколы уровня для решения общей задачи или обмена информацией.

Принцип горизонтального взаимодействия:nspk-nvr​

В горизонтальной модели для взаимодействия между двумя компьютерами на одном и том же уровне требуется общий протокол. Системы общаются так, как будто между ними существует прямой канал связи на этом уровне, хотя фактически данные передаются через нижележащие уровни.

Логическое vs. физическое взаимодействие:

• Логическое взаимодействие — системы воспринимают друг друга как соседей на одном уровне

• Физическое взаимодействие — реально данные проходят через все 7 уровней

Примеры протоколов горизонтального взаимодействия:wiki.merionet+2​

Уровень	Протокол	Функция
7 (Прикладной)	HTTP, HTTPS, SMTP, FTP, Telnet, SSH	Обмен между приложениями
6 (Представительный)	SSL/TLS, JPEG, MPEG, ASCII	Согласование формата данных
5 (Сеансовый)	NetBIOS, RPC, PPTP	Управление сеансами
4 (Транспортный)	TCP, UDP	Доставка данных
3 (Сетевой)	IP, ICMP, BGP	Маршрутизация
2 (Канальный)	Ethernet, PPP, Wi-Fi (802.11)	Локальная доставка
1 (Физический)	Электрические сигналы, волны	Передача битов

Взаимодействие вертикального и горизонтального направлений

Комплексное взаимодействие:

Система на уровне N (передающая сторона) взаимодействует:

1. По вертикали вверх — с прикладным процессом на уровне N+1, получая данные

2. По вертикали вниз — с уровнем N-1, запрашивая услугу передачи

3. По горизонтали — с системой-получателем, используя протокол уровня N

4. По вертикали вверх на принимающей стороне — система-получатель передаёт данные своему прикладному процессу

Визуальное представление:

text

ПЕРЕДАЮЩАЯ СИСТЕМА ПРИНИМАЮЩАЯ СИСТЕМА

Уровень 7 (Приложение) Уровень 7 (Приложение)

↑↓ ↑↓

Уровень 6 ←→ (протокол L6) ←→ Уровень 6

↑↓ (горизонтально) ↑↓

Уровень 5 ←→ (протокол L5) ←→ Уровень 5

↑↓ ... ↑↓

Уровень 1 (Физическая среда, кабели, волны)

Стрелки ↑↓ обозначают вертикальное взаимодействие, стрелки ←→ — горизонтальное.

Практический пример: отправка email

Передающая сторона (инкапсуляция):

1. Уровень 7 (Прикладной): приложение Thunderbird готовит письмо с текстом и вложением (передача по вертикали вниз)

2. Уровень 6 (Представительный): кодирует текст в UTF-8, сжимает вложение (передача по вертикали вниз)

3. Уровень 5 (Сеансовый): инициирует сеанс SMTP с сервером (передача по вертикали вниз)

4. Уровень 4 (Транспортный): используя TCP, гарантирует доставку (передача по вертикали вниз)

5. Уровень 3 (Сетевой): определяет маршрут по IP-адресам (передача по вертикали вниз)

6. Уровень 2 (Канальный): упаковывает в Ethernet-кадры, добавляет MAC-адреса (передача по вертикали вниз)

7. Уровень 1 (Физический): отправляет биты по кабелю (горизонтальная передача)

На принимающей стороне (декапсуляция):

8. Уровень 1 (Физический): принимает биты

9. Уровень 2 (Канальный): распаковывает кадры

10. Уровень 3 (Сетевой): проверяет IP-адрес

11. Уровень 4 (Транспортный): TCP собирает сегменты

12. Уровень 5 (Сеансовый): управляет сеансом

13. Уровень 6 (Представительный): декодирует и распаковывает

14. Уровень 7 (Прикладной): приложение отображает письмо пользователю

Ключевые особенности взаимодействия

Для вертикального взаимодействия:

• Каждый уровень предоставляет стандартизированный набор услуг

• Верхние уровни не знают о внутреннем устройстве нижних

• Использование SAP для связи между уровнями

• Инкапсуляция обеспечивает изоляцию функций

Для горизонтального взаимодействия:

• Требуется идентичный протокол на обоих концах

• Системы коммуницируют так, как если бы соединены напрямую

• Реальная передача осуществляется через нижележащие уровни

• Протокол определяет формат сообщений и правила обменаcloud4box​