Модель OSI

Наверное, самый известный пример многоуровневой схемы сетевых протоколов- это эталонная модель открытого взаимодействия систем (Reference Model of Open Systems Interconnection), предложенная Международной организацией по стандартизации (ISO).

Примечание: Многие ошибочно полагают, что в модели OSI были впервые введены концепции разбиения на уровни, виртуализации и многие другие. На самом деле, эти идеи были хорошо известны и активно применялись разработчиками сети ARPANET, которые создали семейство протоколов TCP/IP задолго до появления модели OSI. Об истории этого вопроса вы можете узнать в RFC 871 [Padlipsky 1982].

Поскольку в этой модели семь уровней (рис. 2.23), ее часто называют семиуровневой моделью OSI.

Рис. 2.23. Семиуровневая талонная модель OSI

Как уже отмечалось, уровень N предоставляет сервисы уровню N+1 и пользуется сервисами, предоставляемыми уровнем N-1. Кроме того, каждый уровень может взаимодействовать только со своими непосредственными соседями сверху и снизу. Это взаимодействие происходит посредством четко определенных интерфейсов между соседними уровнями, поэтому в принципе реализацию любого уровня можно заменить при условии, что новая реализация предоставляет в точности те же сервисы, и это не отразит на остальных уровнях. Одноименные уровни в коммуникационных стеках обмениваются данными (по сети) с помощью протоколов.

Эти уровни часто упоминаются в литературе по вычислительным сетям. Каждый из них предоставляет следующие сервисы:

физический уровень. Этот уровень связан с аппаратурой. Здесь определяю электрические и временные характеристики интерфейса, способ передачи битов физическому носителю, кадрирование и даже размеры и форма разъемов

канальный уровень. Это программный интерфейс к физическому уровню. В его задачу входит предоставление надежной связи с последним. На этом вне находятся драйверы устройств, используемые сетевым уровнем для общения с физическими устройствами. Кроме того, этот уровень обеспечивает формирование кадров для канала, проверку контрольных сумм с целью обнаружения искажения данных и управление совместным доступом к физическому носителю. Обычно задача интерфейса между сетевым и канальным уровнями - создание механизма, обеспечивающего независимость от конкретного устройства;

сетевой уровень. Этот уровень занимается доставкой пакетов от одного узла другому. Он отвечает за адресацию и маршрутизацию, фрагментацию и сборку, а также за управление потоком и предотвращение перегрузок;

транспортный уровень. Реализует надежную сквозную связь между узлами сети, а также управление потоком и предотвращение перегрузок. Он компенсирует ненадежность, присущую нижним уровням, за счет обработки ошибок, которые вызваны искажением данных, потерей пакетов и их доставкой не по порядку;

сеансовый уровень. Транспортный уровень предоставляет надежный полнодуплексный коммуникационный канал между двумя узлами. Сеансовый уровень добавляет такие сервисы, как организация и уничтожение сеанса (например, вход в систему и выход из нее), управление диалогом (эмуляция полудуплексного терминала), синхронизация (создание контрольных точек при передаче больших файлов) и иные надстройки над надежным протоколом четвертого уровня;

уровень представления. Отвечает за представление данных, например, преобразование форматов (скажем, из кода ASCII в код EBCDIC) и сжатие;

прикладной уровень. На нем располагаются пользовательские программы, использующиеся остальными четырьмя уровнями для обмена данными. Известные из мира TCP/IP примеры - это telnet, ftp, почтовые клиенты и Web-браузеры.

Официальное описание семиуровневой модели OSI приведено в документе International Standards Organization 1984], но оно лишь в общих чертах декларирует, что должен делать каждый уровень. Детальное описание сервисов, предоставляемых протоколами на отдельных уровнях, содержится в других документах ISO. Довольно подробное объяснение модели и ее различных уровней со ссылками на соответствующие документы ISO можно найти в работе (Jain and Agrawala 1993].

Хотя модель OSI полезна как основа для обсуждения сетевых архитектур и реализаций, ее нельзя рассматривать как готовый чертеж для создания любой сетевой архитектуры. Не следует также думать, что размещение некоторой функции на уровне N в этой модели означает, что только здесь наилучшее для нее место.

Модель OSI имеет множество недостатков. Хотя, в конечном итоге, были созданы работающие реализации, протоколы OSI на сегодняшний день утратили актуальность. Основные проблемы этой модели в том, что, во-первых, распределение функций между уровнями произвольно и не всегда очевидно, во-вторых, она была спроектирована (комитетом) без готовой реализации. Вспомните, как разрабатывался TCP/IP, стандарты которого основаны на результатах экспериментов.

Другая проблема модели OSI - это сложность и неэффективность. Некоторые функции выполняются сразу на нескольких уровнях. Так, обнаружение и исправление ошибок происходит на большинстве уровней.

Как отмечено в книге [Tanenbaum 1996], один из основных дефектов модели OSI состоит в том, что она страдает «коммуникационной ментальностью». Это относится и к терминологии, отличающейся от общеупотребительной, и к спецификации примитивов интерфейсов между уровнями, которые более пригодны для телефонных, а не вычислительных сетей.

Наконец, выбор именно семи уровней продиктован, скорее, политическими, а не техническими причинами. В действительности сеансовый уровень и уровень представления редко встречаются в реально работающих сетях.

Содержание раздела