Открытые системы и модель OSІ. Стандартизация сетей

В начале 1980-х годов ряд международных организаций по стан­дартизации – ISO, ITU-T и другие разработали модель взаимодейст­вия открытых систем(Open System Interconnection, OSI). Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Краткое описание функций всех уровней модели:

– прикладной – представляет набор интерфейсов, позволяющий получить доступ к сетевым службам;

– представления – преобразует данные в общий формат для передачи по сети;

– сеансовый – поддержка взаимодействия (сеанса) между удаленными процессами;

– транспортный – управляет передачей данных по сети, обеспечивает подтверждение передачи;

– сетевой – маршрутизация, управление потоками данных, адресация сообщений для доставки, преобразование логических сетевых адресов и имен в соответствующие им физические;

– канальный – формирование кадров и управление доступом к среде;

– физический – битовые протоколы передачи информации.

На каждом из уровней решается определенная задача, обеспечивающая функционирование вышестоящего уровня.

Модель OSI можно разделить на две различных модели:

– горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах;

– вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине.

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов прикладных программ API. Перед подачей в сеть данные разбиваются на протокольные единицы (PDU). При отправке данных PDU проходят последовательно через все уровни ПО. На каждом уровне к PDU добавляется управляющая информация данного уровня (заголовок), которая необходима для успешной передачи данных по сети. На принимающей стороне PDU проходят через все уровни в обратном порядке. На каждом уровне протокол этого уровня читает информацию заголовка PDU, затем удаляет информацию, добавленную к PDU на этом же уровне отправляющей стороной, и передает ее следующему уровню. В таблице 1.1 представлены уровни модели OSI и популярные протоколы.

Таблица 1.1

Уровнимодели OSI и популярные протоколы

Суть сети –это соединение разного оборудования, а значит, проблема совместимости является здесь одной из наиболее острых. Без согласования всеми производителями общепринятых стандартов для оборудования и протоколов прогресс в деле строительства сетей был бы невозможен. Поэтому, любая технология только тогда приобретет «законный» статус, когда ее содержание закрепляется в соответствующем стандарте.

Модульность – это одно из неотъемлемых свойств вычислительных сетей. Модульность проявляется не только в многоуровневом представлении коммуникационных протоколов в конечных узлах сети, хотя это, безусловно, важная и принципиальная особенность сетевой архитектуры. Сеть состоит из огромного числа различных модулей – компьютеров, сетевых адаптеров, мостов, маршрутизаторов, модемов, операционных систем и модулей приложений.

Разнообразные требования, предъявляемые предприятиями к компьютерным сетям, привели к появлению многочисленных и разнообразных устройств и программ для построения сети. Эти продукты отличаются не только основными функциями, но и многочисленными вспомогательными функциями, предоставляющими пользователям или администраторам дополнительные удобства, такие как автоматизированное конфигурирование параметров устройства, автоматическое обнаружение и устранение некоторых неисправностей, возможность программного изменения связей в сети и т. п.

В результате не существует компании, которая смогла бы обеспечить производство полного набора всех типов и подтипов оборудования и программного обеспечения, необходимого для построения сети. Но, так как все компоненты сети должны работать согласованно, потребовалось принимать многочисленные стандарты, которые, если не во всех, то хотя бы в большинстве случаев, гарантировали бы совместимость оборудования и программ различных фирм-изготовителей.

Таким образом, понятия "модульность" и "стандартизация" в сетях неразрывно связаны, и модульный подход только тогда дает преимущества, когда он сопровождается следованием стандартам.

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандартов:

- стандарты отдельных фирм (например, стек протоколов DECnet компании Digital Equipment или графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем компании Sun);

- стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами, например стандарты технологии ATM, разраба- тываемые специально созданным объединением ATM Forum, насчитывающим около 100 коллективных участников, или стандарты союза Fast Ethernet Alliance по разработке стандартов 100 Мбит Ethernet;

- национальные стандарты, например стандарт FDDI, один из много- численных стандартов, разработанных Американским национальным институтом стандартов (ANSI), или стандарты безопасности для операционных систем, разработанные Национальным центром компьютерной безопасности (NCSC) Министерства обороны США;

- международные стандарты, например модель и стек коммуни- кационных протоколов Международной организации по стандартизации (ISO), многочисленные стандарты Международного союза электросвязи (ITU), в том числе стандарты на сети с коммутацией пакетов X.25, сети frame relay, ISDN, модемы и многие другие.

Некоторые стандарты, непрерывно развиваясь, могут переходить из одной категории в другую. В частности, фирменные стандарты на продукцию, получившую широкое распространение, обычно становятся международными стандартами де-факто, так как вынуждают производителей из разных стран следовать фирменным стандартам, чтобы обеспечить совместимость своих изделий с этими популярными продуктами.

Более того, ввиду широкого распространения некоторые фирменные стандарты становятся основой для национальных и международных стандартов де-юре. Например, стандарт Ethernet, первоначально разработанный компаниями Digital Equipment, Intel и Xerox, через некоторое время и в несколько измененном виде был принят как национальный стандарт IEEE 802.3, а затем организация ISO утвердила его в качестве международного стандарта ISO 802.3.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярны следующие стеки: TCP/IP; IPX/SPX; NetBIOS/SMB; DECnet; SNA; OSI. Все эти стеки, кроме SNA, на нижних уровнях (физическом и канальном) используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.