Модель взаємодії відкритих систем ISO/OSI

З того, що протокол є угодою, прийнятою двома об’єктами, що взаємодіють в цьому випадку двома працюючими в мережі комп'ютерами, зовсім не випливає, щоб він обов’язково був стандартним. Але на практиці при реалізації мереж прагнуть використати стандартні протоколи. Це можуть бути фірмові, національні або міжнародні стандарти [1].

На початку 80-х років ряд міжнародних організацій зі стандартизації ISО, ITU-T та деякі інші розробили модель, яка зіграла значну роль у розвитку мереж. Ця модель називається моделлю взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection, OSI) або моделлю OSI. Модель OSI визначає різні рівні взаємодії систем, дає їм стандартні імена і вказує, які функції повинен виконувати кожний рівень. Ця модель була розроблена на основі великого досвіду, отриманого при створенні КМ, в основному глобальних, у 70-ті роки. Повний опис цієї моделі займає більше за 1000 сторінок тексту [1 - 4, 8, 12].

У моделі OSI (рис. 3.2) засоби взаємодії діляться на сім рівнів:прикладний, представницький, сеансовий, транспортний, мережевий, канальний тафізичний. Кожний рівень має справу з одним певним аспектом взаємодії мережевих пристроїв [1].

Модель OSI описує тільки системні засоби взаємодії, що реалізовуються операційною системою, системними утилітами, системними апаратними засобами. Модель не включає засоби взаємодії додатків кінцевих користувачів. Свої власні протоколи взаємодії застосування реалізують, звертаючись до системних засобів. Тому необхідно розрізняти рівень взаємодії додатків і прикладний рівень або рівень застосувань.

Застосування може взяти на себе функції деяких верхніх рівнів моделі OSI. Наприклад, деяка система керування базою даних має вбудовані засоби віддаленого доступу до файлів. В цьому випадку додаток, виконуючи доступ до віддалених ресурсів, не використовує системну файлову службу; він обходить верхні рівні моделі OSI і звертається напряму до системних засобів, що відповідають за транспортування повідомлень по мережі і розташовуються на нижніх рівнях моделі OSI.

Отже, нехай додаток звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На основі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається із заголовка і поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку слід передати мережею прикладному рівню комп’ютеру призначення, щоб повідомити йому, яку роботу треба виконати. У нашому випадку заголовок, повинен містити інформацію про місце знаходження файла і тип операції, яку слід виконати над ним. Поле даних повідомлення може бути пустим або містити деякі дані, наприклад ті, які необхідно записати у віддалений файл. Але для того щоб доставити цю інформацію за призначенням, треба вирішити ще багато задач, які покладені на рівні, що розташовані нижче.

Після формування повідомлення рівень застосувань надсилає його вниз по стеку до представницького рівню. Протокол представницького рівня на основі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує потрібні дії і додає до повідомлення власну службову інформацію - заголовок представницького рівня, в якому містяться вказівки протоколу представницького рівня вузлу призначення. Це повідомлення передається вниз сеансовому рівню, який додає свій заголовок і т. д. (Деякі реалізації протоколів додають службову інформацію не лише на початку повідомлення а й в кінці, у вигляді кінцевика) Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, який і передає його по лініях зв’язку до комп’ютера призначення. До цього моменту повідомлення “накопичує” заголовки усіх рівнів (рис. 3.3). Такий процес називається інкапсуляцією.

Коли повідомлення по мережі надходить на комп’ютер призначення, воно приймається її фізичним рівнем і поступово піднімається до вищих рівнів. Кожний рівень аналізує і обробляє заголовок свого рівня, виконує відповідні йому функції, а потім вилучає цей заголовок і передає це повідомлення наступному, вищерозташованому рівню. Такий процес називається декапсуляцією [4].

Рисунок 3.3 - Вкладеність повідомлень різних рівнів

Поряд з терміном повідомлення (message) використовують й інші терміни для позначення одиниць даних в процедурах обміну. У стандартах ISO для позначення одиниць даних, з якими мають справу, протоколи різних рівнів, використовується загальна назва протокольний блок даних,(Protocol Data Unit, PDU). Для позначення блоків даних певних рівнів використовуються спеціальні назви:

- сегмент (segment) - PDU транспортного рівня (ТСР-сегмент),

- дейтаграма (datagram) - PDU транспортного рівня (UDP-дейтаграма),

- пакет (packet) - PDU мережевого рівня,

- кадр (frame) - PDU канального рівня.

Отже, ТСР-сегмент або UDP-дейтаграма інкапсулюється у пакет, а пакет - у кадр.

В моделі OSI розрізнюються два основних типи протоколів:

- із встановленням з'єднання (connection-oriented) - тут перед обміном даними відправник і одержувач повинні спочатку встановити з’єднання і, можливо, вибрати деякі параметри протоколу, що будуть використовуватись під час обміну даними. Після завершення діалогу вузли повинні розірвати це з’єднання. Як приклад взаємодії, заснований на встановленні з’єднання можна навести телефон [1].

- без попереднього встановлення з’єднання (connectionless) або дейтаграмні протоколи - тут відправник просто надсилає повідомлення, коли воно готове. Як приклад зв’язку без попереднього встановлення з’єднання можна навести опускання листа у поштову скриню.

Під час взаємодії комп’ютерів використовуються протоколи обох типів.