Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI—OpenSystemsInterconnection) – это идеологическая концепция, которая была утверждена МККТТ (рекомендация Х.200) и Международной организацией по стандартизации (МОС) (стандарт IS 7498). Ее появление было связано с необходимостью объединения в сети разнотипных ЭВМ (в смысле системы, серии, платформы). Сетевое ПО является очень сложным и это потребовало его разбиения на ряд иерархических уровней, стандартизации самих уровней и интерфейсов между ними.

"Открытость" в этой концепции понимается как независимость от типа (класса) ЭВМ. В единую сеть должны объединяться любые ЭВМ (ПК, мейнфреймы, рабочие станции, супер-ЭВМ, с ОС UNIX, Windows и т.д.), если выполнены те условия, которые оговариваются в данной модели.

Все сетевое ПО открытой системы делится на ряд функциональных слоев (уровней). Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) рекомендует 7 таких уровней, показанных на рисунке.

Модель вводит единую терминологиюдля описания уровней. При этом обобщенно рассматриваются три смежных уровня, обозначаемые как уровни (N-1), (N) и (N+1).

Те элементы открытой системы, которые выполняют в ней функции N-уровня называют(N)-объектом.

(N)-службойназывается совокупность функциональных возможностей (N)-уровня и всех нижележащих уровней.

В объектах выделяются отдельные элементы, называемые (N)-функциями, а в (N)-службе – элементы, определяемые как(N)-услуги.

В процессе передачи данных между (N)-объектами устанавливается взаимодействие, определяемое как (N)-протокол(см. рис.). Это набор правил, процедур и форматов, необходимых для правильного взаимодействия (N)-объектов. Между двумя объектами взаимодействие может осуществляться с использованием нескольких протоколов.

Связь между смежными объектами в одной системе происходит через (N)-ТДС– точку доступа к (N)-службе. Между объектами может быть несколько (N)-ТДС.

Под (N)-соединениемпонимается связь между двумя или более (N+1)-объектами, которая осуществляется от одной (N)-ТДС до другой и в которой участвуют объекты (N) и всех нижележащих уровней.

Каждый объект добавляет при передаче свою служебную информацию. Данные, получаемые от верхнего уровня, включаются на текущем уровне в поле(N)-ДП– данных протокола. Каждый протокольный объект добавляет еще свою информацию – поле(N)-УИП–управляющую информацию протокола. Получаемый в результате протокольный блок данных(N)-ПБДпоступает через (N-1)-ТДС к объекту нижележащего уровня (см. рис.).

Например (см. рис.), в протоколах SDLC и HDLC поступающий от сетевого уровня пакет помещается в информационную область кадра; кроме этого формируется служебная информация, включаемая в поля A (адресное), C (управления), FCS (контрольной последовательности кадра) и F (флаговые).

Уровни эталонной модели

ЭМ ВОС выделяет 7 представленных на рисунке уровней, но оставляет открытым вопрос их наполнения. Для этой цели разрабатываются уже другие стандарты – на уровни, интерфейсы, службы.

Функции уровней

Произвольный (N)-уровень в общем случае включает в себя следующие функции.

1) Выбор протокола

На уровне может использоваться несколько протоколов, поэтому для организации (N)-соединения необходимо, чтобы (N)-объекты выбрали единый (N)-протокол — иначе они просто не поймут друг друга. Такой выбор может быть сделан как заранее, так и во время установления соединения с использованием идентификатора (N)-протокола.

Например, в состав транспортного протокола Х.224 входят 4 класса (являющихся, по существу, весьма существенно отличающимися протоколами), кроме того возможен выбор ряда дополнительных функций.

2) Установление и расторжение соединения

Для установления соединения должны быть выполнены 2 условия:

• наличие (N-1)-соединения;

• готовность (N)-объектов к выполнению обмена данными по протоколу.

Таким образом для соединения объектов 7-го уровня необходимо предоставление соединения представительным, сеансовым и т.д. уровнями вплоть до физического.

Расторжение (N)-соединения может быть:

• нормальным — по инициативе одного из связанных с ним (N+1)-объектов;

• аварийным — при возникновении ошибок в (N) или одном из нижележащих уровней.

(N) и (N-1) соединения могут быть независимыми. Это означает, что расторжение одного из них не обязательно ведет к расторжению другого. При расторжении (N)-соединения сохраненное (N-1)-соединение может быть использовано для другого (N)-соединения. При расторжении (N-1)-соединения возможно сохранение (N)-соединения путем организации нового (N-1)-соединения.

3) Мультиплексирование и расщепление соединений

При традиционном варианте для каждого (N)-соединения используется одно (N-1)-соединение.

Мультиплексированиеозначает, что несколько (N)-соединений пользуются одним (N-1)-соединением (см. рис.). При этом возникают следующие дополнительные проблемы:

• необходима идентификация данных, относящихся к каждому (N)-соединению;

• управление каждым (N)-соединением должно учитывать пропускную способность (N-1)-соединения, с учетом работы других N-партнеров.

Прирасщеплении — одно (N)-соединение использует несколько (N-1)-соединений (см. рис.). Возникающие проблемы:

• управление применяемыми (N-1)-соединениями;

• дробление данных для их передачи по разным (N-1)-соединениям, контроль и восстановление последовательности на приемной стороне.

Примером мультиплексирования является взаимодействие протоколов Х.25/3 и Х.25/2. Протокол сетевого уровня Х.25/3 служит для организации виртуальных соединений при передаче пакетов. Протокол Х.25/2 (HDLC) выполняет управление информационным каналом на двухточечном участке сети. Каждый пакет 3-го уровня сопровождается заголовком, идентифицирующим виртуальное соединение.

Примером расщепления может служить транспортный уровень СОИ, который использует сетевой протокол работающий по методу дейтаграмм. Здесь пакеты могут доставляться параллельно по нескольким сетевым маршрутам, а у получателя производится сборка сообщения.

4) Передача нормальных данных

Это процедуры обмена (N)-объектами (N)-ПБД (каждый из которых содержит (N)-УИП и (N)-ДП.

5) Передача срочных данных

Срочные данные используются для целей синхронизации, экстренного уведомления о сбоях. Передача этих данных производится как бы по особому подканалу, т.к. она не зависит от состояния потока нормальных данных.

6) Управление потоком данных

Различают 2 типа управления потоком:

• Протокольное— регулирует скорость передачи (N)-ПБД между (N)-объектами. Используется управляющая информация в ПБД (кредит передачи, окно), указывающая на способность партнера принять определенное количество данных.

• Интерфейсное— регулирует скорость передачи между (N+1) и (N)-объектами. Здесь используются локальные (т.е. справедливые в пределах одной системы) соглашения и ограничения.

7) Сегментирование, блокирование и сцепление данных.

Протокольные блоки данных (ПБД) разных уровней обычно отличаются по размерам. Если размер (N+1)-ПБД больше максимального поля данных в (N)-ПБД, то необходимо на (N)-уровне выполнитьсегментирование(см. рис.), т.е. разбиение (N+1)-ПБД на последовательные сегменты с длиной равной размеру поля данных (N)-ПБД.

Для обеспечения возможности последующей сборки (N+1)-ПБД необходимо в (N)-ПБД вставлять специальные данные (номер сегмента).

Блокирование— это функция (N)-уровня, позволяющая объединить несколько (N+1)-ПБД в один (N)-ПБД. Это может потребоваться, когда максимальная длина (N+1)-ПБД много меньше длины данных (N)-ПБД (см. рис.).

Сцепление— это функция (N+1)-уровня, позволяющая объединить несколько (N+1)-ПБД в один блок. При этом (N)-уровень воспринимает сцепленный ПДБ как один (N+1)-ПБД.

8) Организация последовательности

Услуги, предоставляемые (N)-уровню (N-1)-уровнем могут не включать сохранение порядка (очередности) доставки данных. В этом случае (N)-уровень должен сам поддерживать механизм сохранения последовательности. Для этого используются, например, порядковые номера блоков данных.

Примером может служить работа протокола Х.25/3 в режиме дейтаграмм. В этом случае транспортные объекты восстанавливают последовательность за счет анализа порядковых номеров.

9) Защита от ошибок

Функция защиты от ошибок включает 3 механизма:

• подтверждения;

• обнаружения ошибок и уведомления о них;

• возврата в исходное состояние.

Процедура подтвержденияможет использоваться (N)-объектами для более высокой гарантии от потери (N)-ПБД, чем обеспечивает (N-1)-уровень. Для этого вводится идентификация каждого (N)-ПБД, чтобы получатель мог информировать отправителя о его приеме. В случае неприема должны быть приняты меры для восстановления.

Механизм обнаружения ошибок и уведомления о нихможет применяться (N)-протоколом для обеспечения более высокой вероятности обнаружения ошибок и искажений ПБД, чем это обеспечивается (N-1)-службой.

Процедура возврата в исходное состояниетребуется после потери синхронизации между (N)-объектами-корреспондентами. При этом возможны потеря или дублирование данных.

10)Маршрутизация

Функция маршрутизации на (N)-уровне обеспечивает прохождение данных через цепочку (N)-объектов. Факт такой маршрутизации не известен ни нижним, ни верхним уровням. Объект, участвующий в выполнении функции маршрутизации, обычно использует таблицу маршрутизации.