Семирівнева модель взаємодії відкритих систем (стандарт 7498 ISO)

Для сумісного використання апаратного та програмного забезпечення мереж міжнародною організацією зі стандартів (ISO) була розроблена базова еталонна модель відкритих систем (OSI – Open System Interconnection model), яка описує багаторівневу архітектуру мережі, при якій усі мережні функції розділені на сім рівнів – фізичний, канальний, мережний, транспортний, сеансовий, представницький, прикладний. Кожному рівню відповідають визначені мережні операції, устаткування і протоколи.

Ця модель є міжнародним стандартом для передачі даних. Модель містить сім окремих рівнів:

Рівень 1: фізичний - бітові протоколи передачі інформації;

Рівень 2: канальний - формування кадрів, керування доступом до середовища;

Рівень 3: мережний - маршрутизація, керування потоками даних;

Рівень4: транспортний - забезпечення взаємодії вилучених процесів;

Рівень 5: сеансовий - підтримка діалогу між вилученими процесами;

Рівень 6: представлення даних - інтерпретація переданих даних;

Рівень 7: прикладний - користувальницьке керування даними.

Рівні базової моделі проходяться в напрямку вниз від джерела даних (від рівня 7 до рівня 1) та в напрямку вверх від приймача даних (від рівня 7 до рівня 1). Користувальницькі дані передаються на нижній рівень разом зі специфічним для рівня заголовком до тих пір, поки не досягнуто останнього рівня. На приймаючій стороні дані, що надходять, аналізуються та, по мірі потреби передаються на розташований вище рівень, аж поки інформація не надійде в користувальницький прикладний рівень.

Мережна модель ISO/OSI визначає мережу в термінах декількох функціональних рівнів. Кожен мережний рівень включає строго визначені функції і застосовує для цього один чи кілька протоколів:

фізичний рівень передає дані по мережних каналах і містить у

собі апаратні засоби, необхідні для цього;

канальний - охороняє дані від ушкодження на фізичному рівні;

мережний - передає дані від одного мережного комп'ютера до

іншого;

транспортний - передає дані від одного додатка до іншого;

сеансовий – це мережний інтерфейс користувача;

представницький - займається проблемами мережного

інтерфейсу до принтерів, моніторів і перетворенням форматів

файлів;

прикладний – це набір мережних додатків, що широко використовуються.

Два найнижчих рівня - фізичний і канальний − реалізуються апаратними та програмними засобами, інші п'ять вищих рівнів реалізуються, як правило, програмними засобами.

Інтернет можна представити у вигляді безлічі інформаційних потоків. Адже обмін інформацією складає суть будь-якої мережі. Будь-яка інформація кимсь відправляється і кимсь одержується. Обов'язковою умовою для нормального обміну (взаємодії двох сторін) є наявність єдиної мови, яку розуміє кожна із сторін обміну. Така мова називається протоколом.

Насправді обмін інформацією здійснюється на декількох рівнях. Для прикладу розглянемо звичайну телефонну розмову. У такому обміні беруть участь:

· 2 людини

· 2 телефони

· апаратні засоби

· АТС

При цьому відбувається постійна зміна форми інформації. Людина говорить на людській мові, вони перетворять в електричні сигнали.

Очевидно, що при обміні інформацією маємо справу не з одним протоколом, а з набором - стеком.

Існує безліч протоколів, кожний з яких має різні цілі, виконує різні завдання, володіє своїми перевагами і обмеженнями. Декілька протоколів можуть працювати спільно.

Протокол − це набір правил і процедур, що регулюють порядок здійснення деякого зв'язку. Наприклад, дипломати якої-небудь країни чітко дотримуються протоколу при спілкуванні з дипломатами інших країн. У комп'ютерному середовищі правила зв'язку служать тим же цілям. Протоколи — це правила і технічні процедури, що дозволяють декільком комп'ютерам при об'єднанні в мережу спілкуватися один з одним.

Інтерфейс – формально визначений набір функцій, які виконуються даним рівнем для вищого рівня, а також формати повідомлень, якими обмінюються два сусідніх рівні в процесі своєї взаємодії. Інтерфейс визначає послуги, які надає нижній рівеньверхньому і спосіб доступу до них.

Стек протоколів – погоджений набір протоколів різних рівнів, достатній для організації міжмережної взаємодії.

Специфікація – формалізований опис апаратних та (або) програмних компонентів, способів їх функціонування, взаємодії з іншими компонентами, умов експлуатації, обмежень і особливих характеристик.

 

· Кадр даних – протокольний блок даних рівня ланки даних, згідно документу ГОСТ 24402 88 «Телеобробка даних і обчислювальні мережі. Терміни та визначення. Телекомунікаційний словник».

· Кадр даних клієнта – кадр GFP (GFP загальна процедура формування кадрів), що містить дані корисного навантаження з сигналу клієнта. (МСЕ T G.7041 / Y.1303EN FR Тематики електрозв'язок, основн. Довідник технічного перекладача).

· Кадр віддаленого запиту – за допомогою кадру віддаленого запиту вузол мережі може запрошувати передачу іншим вузлом відповідного кадру даних з тим же самим значенням ідентифікатора. (Довідник технічного перекладача).

Стандартом IEEE 802.5. визначено три типи кадрів:

1. кадр даних;

2. кадр маркера;

Кадр переривання.

 

 

Рисунок 2.6 − Формат кадру

 

 

Рисунок 2 7 − Пріоритет в кільці Token Ring

 

Token Ring – маркерне кільце.

Маркер (token) – це спеціальний пакет, який передають по мережі. Кожна станція має двох сусідів – “попереднього” та “наступного”.

Кільце – логічна топологія

Фізична топологія – зірка (застосовують спеціальні концентратори)

Класичний алгоритм:

Станція отримує з мережі маркер, утримує його і передає кадр. Усі станції транслюють кадр побітно, як повторювачі. Станція, якій кадр адресований, копіює його собі у буфер, додає ознаку підтвердження прийому, і передає далі. Станція, яка передала кадр, знов отримує його, перевіряє ознаку прийому, і якщо все гаразд, то вилучає кадр з кільця, після чого передає маркер. Час утримання маркера – як правило, дещо більше, ніж час передавання одного максимального кадру. Раннє звільнення маркера. Після передавання кадру одразу передають маркер, не очікуючи на повернення кадру.

Пріоритети – від 0 (найнижчий) до 7 (найвищий)

Маркер можна захопити лише тоді, коли його пріоритет не вищий за пріоритет кадру.

Передача даних по мережі, з технічної точки зору, повинна бути розбита на ряд послідовних кроків, кожному з яких відповідають свої правила і процедури або протокол. Таким чином, зберігається строга черговість у виконанні певних дій.

Крім того, ці дії (кроки) повинні бути виконані в одній і тій же послідовності на кожному мережному комп'ютері - відправнику і одержувачі.

Комп'ютер-відправник відповідно до протоколу виконує наступні дії:

· розбиває дані на невеликі блоки, звані пакетами, з якими може працювати протокол;

· додає до пакетів адресну інформацію, щоб комп'ютер-одержувач міг визначити, що ці дані призначені саме йому;

· готує дані до передачі через плату мережного адаптера і далі - по мережному кабелю.

Комп'ютер-одержувач відповідно до протоколу виконує ті ж дії, але тільки в зворотному порядку:

приймає пакети даних з мереженого кабелю;

· через плату мережного адаптера передає пакети в комп'ютер;

· видаляє з пакету всю службову інформацію, додану компьютером- відправником;

· копіює дані з пакетів в буфер - для їх об'єднання в початковий блок даних;

· передає додатку цей блок даних в тому форматі, який воно використовує. І комп'ютеру-відправникові, і комп'ютеру-одержувачеві необхідно виконувати кожну дію однаковим способом, з тим, щоб що прийшли по мережі дані співпадали з відправленими.

Якщо, наприклад, два протоколи по-різному розбиватимуть дані на пакети і додаватимуть інформацію, тоді комп'ютер, що використовує один з цих протоколів, не зможе успішно зв'язатися з комп'ютером, на якому працює інший протокол.

Види забезпечень комп’ютерних систем і визначення мережі. Комп’ютери можна використовувати по-різному - або як окремий комп’ютер, або як складову більш чи менш великої автоматизованої інформаційної системи (АІС). АІС складаються з чотирьох видів забезпечення: апаратного, програмного, інформаційного і організаційного (іноді з програмного виділяють математичне та лінгвістичне забезпечення).

Апаратне забезпечення - це комплекс апаратних засобів, які працюють в АІС.

Програмне забезпечення - це комплекс програмних засобів, які працюють в АІС.

Інформаційне забезпечення - це сукупність інформаційних ресурсів в АІС.

Організаційне забезпечення - це комплекс заходів по впровадженню і підтримці функціонування АІС.

Обчислювальна мережа - це спільне підключення багатьох окремих комп’ютерів (робочих станцій) до єдиного каналу передачі даних. Мережі дають змогу інтегрувати всі види забезпечень.

Розглянемо переваги, які одержуються при мережевому об'єднанні персональних комп'ютерів у вигляді внутрішньої виробничої обчислювальної мережі.

Розподіл ресурсів: розподіл ресурсів дозволяє ощадливо використовувати ресурси, наприклад, керувати периферійними пристроями, такими як лазерні друкувальні пристрої, з усіх приєднаних робочих станцій.

Розподіл даних: розподіл даних надає можливість доступу і керування базами даних з периферійних робочих місць,які потребують інформацію.

Розподіл програмних засобів: розподіл програмних засобів надає можливість одночасного використання централізованих, раніше встановлених програмних засобів.

Розподіл ресурсів процесора: при розподілі ресурсів процесора можливе використання обчислювальних потужностей для обробки даних іншими системами, що входять у мережу. Ця можливість полягає в тому, що на наявні ресурси не "накидаються" моментально, а тільки лише через спеціальний процесор, доступний кожної робочої станції.

Режим багатьох користувачів: пристрої системи сприяють одночасному використанню централізованих прикладних програмних засобів, раніше встановлених і керованих, наприклад, якщо користувач системи працює з іншим завданням, то поточна робота відсувається на задній план.

Електронна пошта: за допомогою електронної пошти відбувається інтерактивний обмін інформацією між робочою станцією й іншими станціями, встановленими в обчислювальній мережі.

Складові обчислювальних мереж. Для створення мережі потрібно поєднати в єдине ціле комп’ютери, мережеве обладнання (апаратне забезпечення) та мережеве системне програмне забезпечення. Для створення автоматизованої інофрмаційної системи (АІС) на основі мережі потрібно додати прикладне ПЗ, інформаційне та організаційне забезпечення.

Інформаційний обмін – процес багатофункціональний. Споріднені функції групуються за призначенням і ці групи називають "рівнями взаємодії". Уніфікація рівнів дозволяє створювати гетерогенні мережі зі складною топологією. В основі уніфікації – поняття еталонної мережної моделі. Модель як така лише описує порядок мережної взаємодії, який реалізується у вигляді стека протоколів.

У 1984р. Міжнародна Організація зі Стандартизації (ISO) представила індустріальний стандарт – модель взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection Reference Model – OSI / RM, в радянській літературі – ЕМВОС), щоб допомогти постачальникам створювати сумісні мережеві апаратні і програмні засоби.

· Для кожного рівня визначене коло завдань

· Визначені інтерфейси взаємодії між рівнями

· Визначені протоколи взаємодії систем на кожному рівні

Еталонна модель OSI