Теперь речь пойдет об одном аспекте сетевого взаимодействия, который во многом является ключевым, причем важность этого аспекта прослеживается очень давно — с момента появления компьютерных сетей и их массового распространения. Этот аспект связан со стандартизацией, применяемой в вычислительной технике.
На сегодняшний день почти все производственные или технологические процессы, которыми пользуется человек, строятся на достаточно глубокой эшелонированной стандартизации. Стандартизация позволяет современным производствам и организациям производственных процессов быть развиваемыми, ремонтоспособными, обслуживаемыми.
Аналогичная картина и в вычислительной технике. Была введена стандартизация на компьютерные комплектующие, а также на программные интерфейсы. Стандартизация интерфейсов дает возможность взаимозаменяемости компонентов и их работоспособности.
Изначально компьютерные сети развивались на основе терминальных комплексов, которые строились по внутрикорпоративным правилам. Это означает, что коммуникационное программное обеспечение, аппаратура сопряжения и пр. были «своими», и при необходимости модернизации этой сети возникали сложные физические и технологические проблемы.
Развитие сетей определило массовость их использования. Возникла необходимость создания сетей, которые могли бы достаточно прочно расширяться без привлечения существенных переделок, модернизироваться, в которых могли бы меняться ПО, добавляться новые службы. В связи с этим появился целый спектр моделей организации сетей (т.н. «открытых» сетей), в основе которых используется модель системы открытых интерфейсов (OSI — Open Systems Interconnection), предложенная Международной организацией по стандартизации (ISO — International Organization for Standardization). Эта модель ISO/OSI рассматривает сеть и взаимодействие компьютеров в сети в виде семи функциональных уровней. Стоит отметить, что данная модель является рекомендацией, а не стандартом: ISO выделила их на основе анализа исторического развития компьютерных сетей (Рис. 58).
Рис. 58. Модель организации взаимодействия в сети ISO/OSI.
Сначала более детально рассмотрим назначение каждого уровня, а затем сформулируем основные понятия.
Физический уровень. На этом уровне происходит непосредственно передача неструктурированной двоичной информации. Для передачи используется конкретная физическая среда (кабель, радиоволны и т.п.). На данном уровне обеспечивается стандартизация сигналов и соединений.
Канальный уровень (или уровень передачи данных). На этом уровне решаются задачи обеспечения передачи данных по физической линии, обеспечения доступности физической линии, обеспечение синхронизации (например, передающего и принимающего узлов), а также задачи по борьбе с ошибками. Канальный уровень манипулирует порциями данных, которые называются кадрами. В кадрах присутствует избыточная информация для фиксации и устранения ошибок.
Сетевой уровень. На этом уровне обеспечивается управление операциями сети (в т.ч. адресация абонентов, маршрутизация), а также обеспечивается связь между взаимодействующими сетевыми устройствами. Также на этом уровне происходит управление движением пакетов, и при необходимости поддерживается их буферизация.
Транспортный уровень. На данном уровне обеспечивается корректная транспортировка данных, а также программное взаимодействие (а не взаимодействие устройств). Тут же принимается решение о выборе типа услуг (транспортировка данных с установлением виртуального канала или же без оного). В случае установления виртуального канала осуществляется контроль за доставкой и отсутствием ошибок. Если же виртуальный канал не устанавливается, то уровень не несет ответственности за доставку.
Сеансовый уровень. Этот уровень обеспечивает управление сеансами связи. На этом уровне решаются задачи подтверждения полномочий, т.е. осуществляется работа со всякого рода ролями и пр., а также решаются задачи организации меток, или контрольных точек, по сеансу, которые позволяют в случае возникновения сбоя повторять передачу не с начала, а с последней установленной контрольной точки.
Уровень представления данных обеспечивает унификацию используемых в сети кодировок и форматов передаваемых данных.
Уровень прикладных программ. На этом уровне формализуются правила по взаимодействию с прикладными системами.
Теперь на основе рассмотренных уровней можно дать определения основных понятий (Рис. 59).
Рис. 59. Логическое взаимодействие сетевых устройств по i-ому протоколу.
Протокол — формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства (вычислительные системы) осуществляют обмен информацией. Таким образом, протокол обеспечивает взаимодействие в сети между различными машинами на одном уровне. Любой из уровней может содержать произвольное число протоколов, но общаться могут лишь протоколы одного уровня. Также под протоколом будут пониматься правила взаимодействия одноименных, или одноранговых, уровней.
Интерфейс — правила взаимодействия вышестоящего уровня с нижестоящим.
Служба (или сервис) — набор операций, предоставляемых нижестоящим уровнем вышестоящему.
Стек протоколов — перечень разноуровневых протоколов, реализованных в системе. Стек может быть произвольной глубины, т.е. в нем, возможно, не будут представлены протоколы некоторых уровней модели ISO/OSI.
