Что такое эталонная модель OSI?

Что такое эталонная  модель OSI?

В предыдущем уроке  мы рассмотрели очень много разнообразных  понятий, которые, в общем, показали нам, что такое компьютерные сети, как можно классифицировать и  структурировать сети, каким образом  информация передается от компьютера к компьютеру, и какие проблемы от этого возникают как у администратора и оборудования сети, так и у пользователей сети. Одно нам стало ясно точно - перемещение информации между компьютерами различных схем - чрезвычайно сложная задача.

Четкую грань, которую стоит сейчас из этой информации "вырисовать" - это грань между работой программных и аппаратных средств сети. Мы с вами убедились, что в сети может работать разнообразное по технологии оборудование, от них зависят возможности сети: производительность, надежность и т.п., и разнообразное программное обеспечение: сетевые операционные системы, приложения, от них зависят те же возможности сети (прозрачность, безопасность). Мы не раз подчеркивали, что, по сути, сеть - это соединение разного оборудования, разного программного обеспечения, и что проблема совместимости (совместимости разных технологий оборудования, или разных типов операционных систем) - остается одной из наиболее острых и по нынешний час.

Не будем далеко ходить, возьмем, к примеру, сеть в нашем классе, где компьютеры работают и под управлением и Windows NT и под Windows 98, и все мирно сосуществуют. Если на одном из компьютеров поставят новую сетевую карту, или еще круче, администратор решит проложить другой кабель (например, оптоволокно:), или вообще по другому организовать сеть, но это не значит, что ему нужно на всех машинах переустанавливать операционные системы. Таким образом, следует отметить очень важный момент - существует какая-то независимость работы аппаратных и программных средств, но, с другой стороны, они вместе в целом выполняют работу компьютерной сети. Существует какая-то единая система построения работы компонентов сети, общий подход. Возьмите, хотя бы, к примеру, трафик уличного движения, ведь, сколько машин разнообразных по своим техническим возможностям ездит по разнообразным по построению улицам, но благодаря только единым правилам уличного движения, все происходит (в принципе) без всякого хаоса. Программные средства "не задумываются" что там происходит "внизу", они просто посылают туда свои запросы, в понятной для них и получают ответ в понятной для себя форме. Для них аппаратная часть сети - это как черный ящик. С другой стороны аппаратные средства сети, тоже "не задумываются", что там программное обеспечение творит с результатами их работы, они получают запрос, выполняют то, что нужно и отсылают ответ.

Конечно, это очень в  таком абстрактном виде сказано. Но я хочу вас настроить, что наш  сегодняшний урок для вас весь будет некой абстрактностью. И  ничего нет удивительного, если вам что-либо покажется в этом уроке либо непонятным, либо не раскрытым. Терпение и труд все перетрут:).

Ну, а пока, подготовьтесь  просто к тому, чтобы нам попытаться представить ту модель взаимодействия в сети, которая смогла бы раскрыть секрет, - как в одной сети ее компоненты, выполняя одну цель, могут работать автономно (относительно автономно).

Понятно, что при таком  разнообразии сетевых продуктов, без  принятия всеми производителями  в этой области, общепринятых правил построения оборудования прогресс в "строительстве" сетей был бы просто не возможен.

Давайте и мы попытаемся немного заняться моделированием, например, нарисовать картину работы двух компьютеров  в сети.

Таким образом, нам удалось составить двухуровневую модель взаимодействия компьютеров в сети. Двухуровневую - потому что, мы рассмотрели два уровня - программный и аппаратный. Направление движения информации в этой модели - пользователь вводит какой-то запрос (например, найти файл компьютера 2), программа посылает имя файла и все необходимые атрибуты в виде запроса (уже совсем другого вида) к аппаратному уровню. Тот представляет запрос в виде последовательности бит данных и предает их по линиям связи (может с помощью еще какого-то сетевого оборудования) аппаратному уровню компьютера 2. Там запрос распознается и передается программному уровню, тот выполняет работу и посылает информацию к компьютеру 1. И так далее...

Вот мы с вами попытались составить какую-то модель. Но это частная наша модель, естественно, она полностью никак не отражает организации работы в сети, а только, в общем. Настоящая модель должна быть куда более сложной, поскольку организация работы сети - это довольно сложная задача. Но нам еще со школьной парты хорошо известна эффективность способа разбиения одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей (этот прием еще называют декомпозицией). Не пренебрегли этим приемом и разработчики модели сетевого взаимодействия. Давайте попробуем проследить их путь моделирования.

Итак, используя  прием декомпозиции, можно разбить  общую задачу на несколько модулей, четко определить функции как  каждого модуля, который решает какую-то вполне определенную задачу, так и интерфейсов между этими моделями, который обеспечивает взаимодействие этих модулей. Для декомпозиции используют, как правило, многоуровневый подход. Как это выглядит?

Дело в следующем, все множество модулей разбивают  на уровни. Эти уровни образуют иерархию, то есть разбивают на нижележащие и вышележащие уровни. Конечно, разбивают не, как захочется, а четко по функциональным обязанностям, таким образом, чтобы:

верхние уровни для выполнения своих задач обращаются с запросами только к модулям  непосредственно ближних нижних уровней. Результаты выполнения работы всех модулей любого из уровней передаются, наоборот, соседним верхним уровням. Набор функций, которые нижние уровни предоставляет высшему, определяют соответствующие интерфейсы. Все это приблизительно показано ниже.

Наборы функций  всех уровней и интерфейсов между  этими уровнями четко определены и, за счет этого, они относительно независимы. Именно поэтому, такие модели имеют очень важное преимущество - при замене того или иного модуля, это мало отразится на общей работе модели в целом. Модули нижнего уровня могут решать все проблемы передачи сигналов между двумя соседними узлами, а модули более высокого уровня могут организовывать транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь средствами нижнего уровня. А на самом верху работают модули, которые предоставляют пользователям доступ к различным службам - файловым, печатающим и т.п. Вот вам и еще один вариант модели сетевого взаимодействия. Конечно же, такой многоуровневый подход к реализации функций системы применяется не только в отношении сетевых средств. Например, по такой же модели работают локальные файловые системы.

Скажем, запросили мы какой-то файл.

Верхний уровень  модели разбирает "по косточкам" составное символьное имя этого  файла и определяет уникальный идентификатор  этого файла.

Следующий уровень  находит по этому идентификатору все основные характеристики файла: адрес нахождения, атрибуты доступа и т.п.

На более  низком уровне проверяются права  доступа к этому файлу, а далее  после расчета после расчета  координат области файла, содержащей требуемые данные, выполняется физический обмен с внешним устройством  с помощью драйвера диска.

Но, существенное отличие в сетевом взаимодействии, что в процессе участвуют две  машины, т.е. необходимо смоделировать  согласованную работу двух "иерархий". Задача усложняется необходимостью принять множество соглашений между  этими узлами. Это соглашения и о уровне и форме электрических сигналов, способе определения длины информации, методах контроля ее на ошибки и достоверности. Другими словами, правила должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого - уровня передачи битов информации - до самого высокого, реализующего сервис пользователя сети.

Мы убедились, что моделей можно организовывать много, но из всего выше сказанного четко ясно одно - нужна единая, стандартная  модель, которой бы придерживались все производители сетевых продуктов, чтобы, как минимум, обеспечить совместимость своих новых разработок с уже существующими и работающими в компьютерной сети.

И такая модель и была разработана. Над ее созданием  в начале 80-х годов трудились  такие ведущие организации по стандартизации - ISO, ITU-T и некоторые другие. Их труды принесли ОГРОМНЕЙШУЮ пользу - модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. И по нынешний момент все, что касается сетевого взаимодействия, прямо или косвенно использует только эту модель. Я скажу вам так, сколько времени мы будем изучать сети, столько вы и будете сталкиваться с этой моделью в той или иной степени, при изучении стандартов, аппаратных и программных средств компьютерных сетей. Эта модель - основа всех основ.

Эталонная модель разработана Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) получила название Open System Interconnection Reference Model, или модель OSI, как и мы будем ее называть.

Сделаем маленький  лирический отступ и напомним, что такое понятие открытой системой.

В широком смысле открытой системой может быть названа любая систем (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Под термином "спецификация" в вычислительной технике понимают описание аппаратных или программных компонентов: способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом, "открыты" лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. Например, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем борее открытой она является.

В модели OSI под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений.

Если две сети построены  с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

возможность построения сети из аппаратных и программных средств  различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

возможность легкого объединять одну сеть с другой;

простота освоения и обслуживания сети.

Это то, что касается смысла названия модели Open System Interconnection Reference Model.

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI была разработана на основании большого опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 70-е годы. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста. Поэтому мы с вами рассмотрим только самую суть модели, а в продолжении курса, вы будете не раз открывать все новые ее возможности и понятия.

В нашей модели мы представляли взаимодействие компьютеров двумя уровнями, но каждый из этих уровень предполагает наличие очень больших проблем. Решение этих проблем предполагает большого количества средств, поэтому здесь разбиение одной задачи на несколько меньших выражено очень не достаточно, нужно разбивать дальше, для убыстрения обработки данных и естественно увеличения скорости самой передачи этих данных. Поэтому-то в модели OSI средства взаимодействия делят аж на семь уровней.

7-й - прикладной (Application),

6-й - представительный (Presentation),

5-й - сеансовый (Session),

4-й - транспортный (Transport),

3-й - сетевой (Network),

2-й - канальный (Data Link)

1 -й - физический (Physical)

Каждый уровень  имеет дело с одним определенной стороной взаимодействия сетевых устройств. Модель OSI описывает взаимодействие двух сетевых компьютеров. Передача данных от одного компьютера к другому начинается с седьмого уровня; данные передаются с уровня на уровень. При приеме данные передаются вверх от первого уровня. Два компьютера устанавливают сетевое взаимодействие тогда, когда их программное обеспечение соответствующего уровня модели OSI может взаимодействовать между собой. Давайте сейчас в самом общем случае рассмотрим основные особенности модели OSI.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Выделим один очень важный момент: Модель НЕ ВКЛЮЧАЕТ те средства, которые позволяют взаимодействовать приложениям конечных пользователей. Они имеют свои собственные правила взаимодействия, которые реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому нужно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

Следует также иметь в  виду, что приложение может взять  на себя функции некоторых верхних  уровней модели OSI. Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни модели OSI и обращается напрямую к системным средствам, ответственным за транспортировку сообщений по сети, которые располагаются на нижних уровнях модели OSI.

Например, пусть приложение обращается с запросом к прикладному  уровню, скажем к файловой службе. На основании этого запроса программное  обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычно сообщение сообщит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию (в нашем примере - информацию о месте нахождения файла и о том, что с ним нужно сделать). Эту информацию необходимо передать через сеть прикладному уровню той машины, к которой адресовано сообщение (компьютера-адресата), чтобы сообщить ему, какую работу ей надо выполнить. Поле данных сообщения может быть или пустым или содержать какие-либо данные, например, какие-то данные, которые нужно записать в удаленный файл. Но это только одна сторона процесса.