Межсетевое взаимодействие

Рассмотрим пример наиболее распростра­ненной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции про­цесса функционирования открытых систем на уровни, причем раз­биение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппиро­вать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравни­тельно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями по­средством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил (процедур) взаимодейст­вия объектов одноименных уровней называется протоколом.

Эталонная модель содержит семь уровней (снизу вверх):

1. Физический.

2. Канальный (или передачи данных).

3. Сетевой.

4. Транспортный.

5. Сеансовый.

6. Представительный.

7. Прикладной.

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимаю­щей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помо­щью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от осо­бенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использовать­ся верхними уровнями независимо от деталей реализации этих фун­кций.

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электри­ческие, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является пе­редача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня (или протоко­лы управления звеном передачи данных) занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу дан­ных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии (обычно ненадежно­го) канала связи. При этом станции могут быть связаны нескольки­ми каналами.

Протокол канального уровня должен обеспечить: независимость протоколов высших уровней от используемой среды передачи дан­ных, кодонезависимость передаваемых данных, выбор качества об­служивания при передаче данных. Это означает, что более высокие уровни освобождаются от всех забот, связанных с конкретным ка­налом связи (тип, уровень шумов, используемый код, параметры помехоустойчивости и т. д.).

На этом уровне данные представляются кадром, который содер­жит информационное поле, а также заголовок и концевик (трей­лер), присваиваемые протоколом. Заголовок содержит служебную информацию, используемую протоколом канального уровня прини­мающей станции и служащую для идентификации сообщения, пра­вильного приема кадров, восстановления и повторной передачи в случае ошибок и т. д. Концевик содержит проверочное поле, служа­щее для коррекции и исправления ошибок (при помехоустойчивом кодировании), внесенных каналом. Задача протокола канального уровня — составление кадров, правильная передача и прием после­довательности кадров, контроль последовательности кадров, обна­ружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть, выполнение функций маршрутизации и ретран­сляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от ис­пользуемых сред за исключением качества обслуживания. Под каче­ством обслуживания понимается набор параметров, обеспечиваю­щих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие

(транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от НСД, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойст­ва: глобальную однозначность, маршрутную независимость и неза­висимость от уровня услуг.

На сетевом уровне данные представляются в виде пакета, кото­рый содержит информационное поле и заголовок, присваиваемый протоколом. Заголовок пакета содержит управляющую информа­цию, указывающую адрес отправителя, возможно, маршрут и пара­метры передачи пакета (приоритет, номер пакета в сообщении, па­раметры безопасности, максимум ретрансляции и др.). Различают следующие виды сетевого взаимодействия:

• с установлением соединения — между отправителем и получа­телем сначала с помощью служебных пакетов организуется логиче­ский канал (отправитель — отправляет пакет, получатель — ждет получения пакета, плюс взаимное уведомление об ошибках), кото­рый разъединяется после окончания сообщения или в случае неисп­равимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;

• без установления соединения (дейтаграммный режим) — об­мен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разно­видность пакетов), независимых друг от друга, которые принимают­ся также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре прото­колов DARPA.

Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользова­телями — абонентами сети. Протоколы транспортного уровня фун­кционируют только между оконечными системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня яв­ляются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на паке­ты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также вы­полняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соеди­нений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик се­тевого уровня.

Наиболее известным протоколом транспортного уровня явля­ется TCP (Transmission Control Protocol), используемый в архитек­туре протоколов DARPA и принятый в качестве стандарта Мини­стерством обороны США. Он используется в качестве высоконадежного протокола взаимодействия между ЭВМ в сети с коммутацией пакетов.

Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней от­носятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу — обеспечение се­анса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому обычно эти три уровня рас­сматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выпол­нении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объек­тов — элементов прикладных процессов, участвующих в обмене ин­формацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи ин­формации.

Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представле­ние данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).

Прикладной уровень, будучи самым верхним в эталонной модели, обеспечивает доступ прикладных процессов в среду взаимодействия открытых систем. Основной задачей протоколов прикладного уров­ня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут за­ключаться в передаче управления определенным службам ОС вмес­те с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы при­кладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для переда­чи данных, проверке параметров безопасности, управлению диало­гом и др.