Архитектура компьютерных сетей. Модель взаимодействия открытых систем

Архитектура компьютерной сети подразумевает описание общей сетевой модели.

Общая модель вычислительной сети определяет:

1. характеристики сети в целом;

2. характеристики и функции входящих в нее основных компонентов.

Наличие широкого круга производителей вычислительных сетей и сетевых программных про­дуктов выявило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения разработана модель взаимодействия открытых систем, служащая базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

Открытая система - система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

В настоящее время модель взаимодействия (взаимосвязи) открытых систем (ВОС) (OSI – Open System Interconnect) является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью, она принята для описания общих принципов взаимодействия информационных систем в компьютерных сетях. Модель ВОС признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.

В модели ВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития технического обеспечения.

Модель ВОС состоит из семи уровней:

7-й уровень – прикладной (application) - обеспечивает поддержку прикладных процес­сов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуе­мых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы. Этот уровень включает средства управления прикладными процессами, процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий и обмениваться между собой данными. На прикладном уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети.

6-й уровень - представительный (presentation) - определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форма­тах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным уровнем. На этом уровне реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование).

5-й уровень - сеансовый (session) - реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет воз­можность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи. На этом уровне определяются: тип связи, начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих по сети абонентов.

Три верхних уровня объединяются под общим названием - прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.

4-й уровень - транспортный (transport) – обеспечивает интерфейс между процесса­ми и сетью. Он предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, скорости и надежности передачи).

3-й уровень - сетевой (network) - определяет интерфейс оборудования данных пользователя с сетью коммутации пакетов. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети и за связь между сетями — реализует межсетевое взаи­модействие. Пакет - группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу. На этом уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Также на этом уровне выполняется функция контроля нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, негативно влияющих на работу сети.

2-й уровень - канальный (link) - уровень звена данных - обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алго­ритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.

1-й уровень - физический (physical) - выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача - управление аппаратурой передачи данных и подклю­ченным к ней каналом связи. На физическом уровне осуществляется представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразование формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок - служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик - контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети.

Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычислительной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение.

При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс - чтение и отсечение заголовков уровнями модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются. Таким образом, перемещаясь по уровням модели ВОС, информация поступает к процессу, которому она адресована.