Еталонна модель взаємодії відкритих систем OSI

На початку 80-х років під егідою Міжнародної організації зі стандартизації ISO розпочалася розробка еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI. При цьому за зразок ієрархічної відкритої системи був узятий комп'ютер. Модель будували з врахуванням тогочасних розробок у галузі комп'ютерних мереж, зокрема стека протоколів ТСРЛР. Розробники мали формалізувати процедуру обміну інформацією між абонентами мережі з врахуванням усіх можливих факторів: великого числа різноманітних абонентів, різнорідних локальних і глобальних мереж, різних видів фізичного середовища передавання даних, різних типів термінального обладнання, апаратури і т. п.

Ідея моделі OSI полягала в тому, що ієрархічна відкрита система розби­вається на окремі рівні, кожний з яких складається з декількох модулів і підсистем. Завдяки тому, що кожний рівень виконує свої функції, загальну задачу передаван­ня даних розбивають на окремі задачі. Функції кожного рівня реалізують програм­ними, апаратними або програмно-апаратними засобами. Як правило, функції верхніх рівнів реалізуються програмами, а нижніх - технічними пристроями.

У моделі OSI процедуру взаємодії двох систем описують у вигляді набору правил взаємодії кожної пари модулів відповідних рівнів цих систем (вузлів мережі). Формалізовані правила, які визначають формат і послідовність пові­домлень, якими обмінюються модулі одного рівня різних вузлів, називають про­токолом, а формалізовані правила, які визначають формат і послідовність повідомлень, якими обмінюються модулі різних рівнів одного вузла - ін­терфейсом. Отже, протокол та інтерфейс позначають одне і те саме поняття, але традиційно в мережах за ними закріпили різні сфери дії. Протоколи визначають правила взаємодії модулів одного рівня різних вузлів, а інтерфейси - модулів сусідніх рівнів в одному вузлі. Засоби кожного рівня відпрацьовують як свій власний протокол, так і інтерфейси з сусідніми рівнями свого вузла.

Структуру розробленої еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI наведено на рисунку. Модель OSI поділяє всі процеси, які проходять під час обміну інформацією між двома відкритими системами мережі, на сім рівнів: прикладний, перетворення даних, сеансовий, транспортний, канальний і фізичний.

Структура еталонної моделі взаємодії відкритих систем

Найвищий - 7-й рівень моделі OSI надає користувачу доступ до ресурсів мережі за допомогою стандартних програмних засобів, які реалізують різні служби мережі: файлової, факсимільної, друку, віддаленого доступу, електронної пошти, емуляції терміналів, гіпертекстової інформації і т.п.

Шостий рівень відповідає за кодування і подання інформації в мережі. Функції цього рівня обумовлені тим, що комп'ютери мережі можуть працювати в різних кодах, використовувати різні алгоритмічні мови, формати даних, передача даних може здійснюватися в спеціальних кодах. На цьому рівні відбуваються: трансляція повідомлень і перетворення форматів, редагування тексту і графічних зображень, шифрація і дешифрація даних для забезпечення їх секретності.

П'ятий сеансовий рівень відповідає за взаємодію різних вузлів мережі. Він забезпечує обмін структурованими повідомленнями між розподіленими прик­ладними процесами, здійснює синхронізацію мережевого часу, вставляє у довгі повідомлення контрольні точки для збільшення надійності їх передачі.

Четвертий, транспортний рівень призначений для організації незалежної від технічних засобів мережі передачі даних від одного вузла (джерела повідомлення) до іншого (одержувача повідомлення). Він забезпечує можливість адресації кінцевого обладнання мережевим рівнем, відповідає за надійність передавання і цілістність даних, впорядковує пакети за їх номерами, виявляє пакети, які не були розпізнані маршрутизаторами і генерує запити на їх ретрансляцію.

Третій, мережевий рівень утворює єдину транспортну систему, що об'єднує декілька мереж, які можуть використовувати різні принципи передачі повідомлень. Він відповідає за передачу даних між мережами і визначає маршрут між джерелом і одержувачем повідомлень, які розміщені у різних мережах, розділених маршру­тизаторами. Мережевий рівень вирішує задачі узгодження різнорідних мереж і спрощення адресації у крупних мережах. Повідомлення мережевого рівня називають пакетами. Кожний пакет містить адресу одержувача пакета, яка складається із адреси мережі і адреси вузла цієї мережі. Протоколи мережевого рівня реалізовуються як системними програмами кінцевих вузів мережі, так і маршрутизаторами.

Другий, канальний рівень призначений для керування каналом передавання даних. Під час передавання даних у мережу він на основі отриманих від верхніх рівнів повідомлень формує кадри потрібного формату і доповнює їх службовою інформацією, необхідною для успішної передачі даних мережею. За необхідності кодує дані завадостійким кодом, керує доступом до фізичного середовища і потоком даних на рівні каналу. Під час приймання даних другий рівень формує із

потоку бітів кадр даних, виявляє і коректує помилки передачі. Функції канального рівня реалізуються мережевим адаптером та його програмою-драйвером.

Перший, фізичний рівень забезпечує передавання даних фізичними лініями зв'язку, такими, як коаксіальний кабель, вита пара, оптоволоконний кабель або цифровий територіальний канал. Цей рівень приймає кадр даних у вигляді послідовності біт від канального рівня, здійснює, за необхідності, їх модуляцію та лінійне кодування і передає в мережу. Фізичний рівень також відповідає за побітове приймання з мережі вхідних потоків і передавання їх канальному рівню. Перший рівень визначає механічні і електричні характеристики та фізичний інтерфейс для під'єднання технічного обладнання до кабелів лінії зв'язку. Функції першого рівня реалізуються мережевим адаптером та засобами під'єднання до фізичного середовища із заданими технічними характеристиками.

Три верхні рівні — прикладний, перетворення даних та сеансовий — орієн­товані на задачі користувача і мало залежать від технічних особливостей побудови мережі. На протоколи цих рівнів мало впливають перехід на іншу технологію, зміну топології чи технічних засобів. їх функції реалізуються, як правило, сис­темними програмами мережевих операційних систем. Три нижні рівні - ме­режевий, канальний і фізичний - є мережезалежними. Протоколи їх роботи тісно пов'язані з технологією та технічною реалізацією мережі і використовуються комунікаційним мережевим обладнанням. Реалізовуються вони як програмними, так і технічними засобами. Транспортний рівень є проміжним між верхніми і нижніми рівнями. Він закриває всі деталі функціонування нижніх рівнів від верхніх. Це дозволяє розробляти незалежні від технічних засобів нижніх рівнів мережеві програмні додатки верхніх рівнів.

Отримавши повідомлення від джерела інформації, модулі прикладного рівня згідно із своїми протоколами формують повідомлення стандартного формату, яке складається із поля даних і заголовка. Заголовок містить службову інформацію (СІ) для прикладного рівня вузла-адресата. З прикладного рівня сформоване повідом­лення згідно з відповідним інтерфейсом передається на рівень перетворення даних, який на основі аналізу заголовка виконує необхідні дії і формує заголовок для шостого рівня адресата. Сформоване так повідомлення передається на сеансовий рівень, модулі якого, в свою чергу, виконують з цим повідомленням необхідні дії, формують службову інформацію для п'ятого рівня адресата і передають на четвертий рівень свого вузла і т. д. Модулі фізичного рівня перетворюють отриману від канального рівня послідовність біт у послідовність електричних сигналів і передають її через фізичне середовище на фізичний рівень

вузла-адресата. На рівнях адресата послідовно обробляється отримане із лінії зв'язку повідомлення і передається вверх до прикладного рівня. Модулі кожного рівня адресата виконують необхідні дії на основі аналізу призначеної їм службової інформації, ліквідовують цю інформацію і передають повідомлення на вищий рівень. Прикладний рівень відтворює первинне повідомлення і передає його одержувачу.

Еталонну модель взаємодії відкритих систем описано міжнародним стан­дартом ISO 7498. Організація обміну даними між абонентами згідно з моделлю OSI дозволяє використовувати для побудови мереж стандартні програмні та апаратні засоби, без великих затрат змінювати структуру мережі, збільшувати або змен­шувати число її абонентів та з'єднувати між собою мережі, побудовані за різними мережевими технологіями.

Правила взаємодії вузлів мережі передавання даних описують стеком (набором) комунікаційних протоколів. Різні технології мереж передавання даних описують взаємодію своїх абонентів за допомогою свого стека комунікаційних протоколів, який не завжди відповідає моделі OSI. Це обумовлено тим фактором, що модель OSI було розроблено на основі узагальнення функцій вже існуючих наборів комунікаційних протоколів. Тому протоколи, які були введені в екс­плуатацію до появи моделі OSI, охоплюють не всі рівні, описані цією моделлю. Якщо нижні рівні цих стеків, які відповідають за передавання даних у фізичне середовище, здебільшого збігаються, то верхні рівні можуть відрізнятися. Так, у більшості стеків комунікаційних протоколів функції трьох верхніх рівнів зведені в одному прикладному рівні.

Запитання для самоконтролю:

1. Які фактори обумовили необхідність розробки міжнародних стандартів у
галузі передавання даних?

2. Які види стандартів використовують у мережах передавання даних?

3. Які найбільш відомі організації займаються розробкою міжнародних
стандартів у галузі передавання даних?

4. Яку ідею покладено в основу моделі OSI?

5. З яких рівнів складається модель OSI?

6. Коротко опишіть функції прикладного рівня моделі OSI.

7. Коротко опишіть функції представницького рівня моделі OSI.

8. Коротко опишіть функції сеансового рівня моделі OSI.

9. Коротко опишіть функції транспортного рівня моделі OSI.

10. Коротко опишіть функції мережевого рівня моделі OSI.

11. Коротко опишіть функції канального рівня моделі OSI.

12. Коротко опишіть функції фізичного рівня моделі OSI.

13. Який міжнародний стандарт описує модель OSI?

14. Чим обумовлений той факт, що не всі існуючі стеки комунікаційних
протоколів відповідають моделі OSI?