Модель открытых систем

9

Тема:

Модель открытых систем

              В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, операционная система, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), построенные в соответствии с открытыми спецификациями.

              Основной принцип открытых систем состоит в создании среды, включающей программные и аппаратные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы, которая в своей основе имеет развивающиеся, доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает переносимость, взаимодействие и масштабируемость приложений и данных.

              Второй принцип состоит в использовании методов функциональной стандартизации – построении и использовании профиля – согласованного набора базовых стандартов, необходимых для решения конкретной задачи или класса задач.

              Модель взаимодействия открытых систем описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи.

              Модель OSI стала основной архитектурной моделью для систем передачи сообщений. При рассмотрении конкретных прикладных телекоммуникационных систем производится сравнение их архитектуры с моделью OSI/ISO. Эта модель является наилучшим средством для изучения современной технологии связи.

              Модель OSI делит проблему передачи информации между абонентами на семь менее крупных и, следовательно, более легко разрешимых задач. Конкретизация каждой задачи производилась по принципу относительной автономности. Очевидно, автономная задача решается легче.

              Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем

              Каждая из семи областей проблемы решается с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.

              На рисунке представлена структура базовой модели:

              Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.

              Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Если приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, то для обмена данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

              7 уровень:

              Прикладной уровень обеспечивает прикладным процессам средства доступа к области взаимодействия, является верхним уровнем и непосредственно примыкает к прикладным процессам. В действительности прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например с помощью протокола электронной почты. Протоколы, которые определены на седьмом уровне OSI, предназначены для обеспечения доступа к ресурсам сети программ-приложений пользователя. На данном уровне определяется интерфейс с коммуникационной частью приложения. В качестве примера протоколов прикладного уровня можно привести протокол Telnet, который обеспечивает доступ пользователя к хосту в режиме удаленного терминала.

              6 уровень:

              Уровень представления данных или представительский уровень представляет данные, передаваемые между прикладными процессами, в нужной форме. Этот уровень обеспечивает то, что информация, передаваемая прикладным уровнем, будет понятна прикладному уровню в другой системе. В случаях необходимости уровень представления в момент передачи информации выполняет преобразование форматов данных в некоторый общий формат представления, а в момент приема, соответственно, выполняет обратное преобразование. На этом уровне выполняются алгоритмы преобразования формата представления данных — ASCII, КОИ-8.

              5 уровень:

              Сеансовый уровень – это уровень, определяющий процедуру проведения сеансов между пользователями или прикладными процессами. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации. На данном уровне устанавливаются, обслуживаются и разрываются сессии между представительными объектами приложений. В качестве примера протокола сеансового уровня можно рассмотреть протокол RPC (remote procedure call). Как следует из названия, данный протокол предназначен для отображения результатов выполнения процедуры на удаленном хосте. В процессе выполнения этой процедуры между приложениями устанавливается сеансовое соединение. Назначением данного соединения является обслуживание запросов, которые возникают при взаимодействии приложения — клиент с приложением — сервером.

              4 уровень:

              Транспортный уровень предназначен для передачи пакетов через коммуникационную сеть. На транспортном уровне пакеты разбиваются на блоки. Работа транспортного уровня заключается в том, чтобы обеспечить приложениям или верхним уровням модели (прикладному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Существует два типа протоколов транспортного уровня — сегментирующие протоколы и дейтаграммные протоколы. Сегментирующие протоколы транспортного уровня, разбивают исходное сообщение на блоки данных транспортного уровня — сегменты. Основной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение и отправляют его одним куском, который называется «дейтаграмма». Управление потоком является важной функцией надежных транспортных протоколов, поскольку этот механизм позволяет обеспечивать передачу данных по сетям с нестабильной структурой. Управление потоком заключается в обязательном ожидании передатчиком подтверждения приема ограниченного числа сегментов приемником. Количество сегментов, которое передатчик может отправить без подтверждения их получения от приемника, называется окном.

              3 уровень:

              Сетевой уровень обеспечивает прокладку каналов, соединяющих абонентские и административные системы через коммуникационную сеть, выбор маршрута наиболее быстрого и надежного пути. Он устанавливает связь в вычислительной сети между двумя системами и обеспечивает прокладку виртуальных каналов между ними и сообщает транспортному уровню о появляющихся ошибках. Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packet), в которых помещаются фрагменты данных. Сетевой уровень отвечает за их адресацию и доставку. Основной задачей протоколов сетевого уровня является определение пути, который будет использован для доставки блоков данных протоколов верхних уровней. Для того чтобы блок данных был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес. Группы хостов, объединенные по территориальному принципу образуют сети. Для упрощения решения задачи маршрутизации сетевой адрес хоста составляется из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Таким образом, задача маршрутизации распадается на две подзадачи — поиск сети и поиск хоста в этой сети.

              2 уровень:

              Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, помещая специальную последовательность бит, в начало и конец каждого кадра, чтобы отметить его, а также вычисляет контрольную сумму, суммируя все байты кадра определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Назначением протоколов канального уровня является обеспечение передачи данных по физическому носителю – среде передачи. На канальном уровне данные передаются в виде блоков, которые называются кадрами. Тип используемой среды передачи и её топология во многом определяют вид кадра протокола транспортного уровня, который должен быть использован. При использовании топологий «общая шина» и «point-to-multipoint» средствами протокола канального уровня должны быть определены физические адреса, с помощью которых будет производиться обмен данными по разделяемой среде передачи и процедура доступа к этой среде. Примерами таких протоколов являются протоколы Ethernet (в соответствующей части) и HDLC. Протоколы транспортного уровня, которые предназначены для работы в среде типа «точка-точка», не определяют физических адресов и имеют упрощенную процедуру доступа. Примером протокола такого типа является протокол PPP.

              1 уровень:

              Физический уровень предназначен для сопряжения с физическими средствами соединения. На этом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Он получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Протоколы физического уровня обеспечивают непосредственный доступ к среде передачи данных для протоколов канального и последующих уровней. Данные передаются протоколами данного уровня в виде битов (для последовательных протоколов) или групп бит (для параллельных протоколов). На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов – временные и электрические и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных. Кроме того, на данном уровне формулируются требования к электрическим, физическим и механическим характеристикам среды передачи и коннекторов.

              Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами, набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней.

              Интерфейсом называется совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного уровня.

              Для структурирования среды открытых систем используется эталонная модель (Open System Environment Reference Model - OSE/RM), принятая в основополагающем документе ISO/IEC 14252.

              Она может модернизироваться в зависимости от класса системы. Например, для телекоммуникационных систем хорошо известна 7-уровневая модель взаимосвязи открытых систем ISO/IEC 7498, которую можно представить как расширение модели OSE/RM с детализацией верхнего прикладного уровня.

              На рисунке представлена структура эталонной модели среды открытых систем:

              Как видно из рисунка, эталонная модель является трехмерной. По вертикали в ней можно выделить следующие компоненты:

      приложение;

      платформу;

      внешнюю среду;

      интерфейс приложения с платформой;

      интерфейс платформы с внешней средой.

              По горизонтали имеются следующие компоненты (функциональные области):

      службы операционной системы;

      службы интерфейса «человек-машина»;

      служба управления данными;

      служба обмена данными;

      служба машинной графики;

      служба сетевого обеспечения.

К третьему измерению относятся:

      службы поддержки разработки программного обеспечения;

      службы защиты информации;

      интернационализация;

      служба поддержки распределенной системы;

              На базе эталонной модели строятся ее модификации в зависимости от архитектуры конкретной системы. Следует обратить внимание на то, что сеть Интернет, построенная на основе протоколов TCP/IP, так же является частью среды открытой системы, как часть сетевых служб, входящих в одну из шести функциональных областей среды, и далеко не решает всех проблем открытых систем.