Многоуровневый подход и эталонная модель OSI

Организация взаимодействия между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием – декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько более простых задач-модулей.

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. Итак, еще раз уточним терминологию: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Чтобы еще раз пояснить суть многоуровневого подхода, а также понятия «протокол» и «интерфейс», рассмотрим пример, не имеющий отношения к вычислительным сетям, а именно обсудим взаимодействие двух предприятий А и В.

Предположим что предприятие А находится в России, а В – в Китае. Директор предприятия А должен отправить сообщение директору предприятия В (например о том сколько и какого товара может быть поставлено). Обмен сообщений между двумя директорами происходит с следующей последовательности:

1. Директора посылают свои сообщения и заявки через своих секретарей. Порядок взаимодействия начальника и секретаря соответствует понятию межуровневого интерфейса «начальник - секретарь». На предприятии А директор надиктовывает свои сообщения непосредственно секретарю а на предприятии В директор общается с секретарем идет через специальную папку. Таким образом, интерфейсы «начальник - секретарь» на этих двух предприятиях отличаются.

2. Секретарь оформляет сообщение, полученное от директора, в соответствии с установленными правилами деловой переписки. Эти правила являются протоколом уровня «секретарь – секретарь».

3. Оформленное сообщение передается переводчику для его перевода на английский язык (китайского он не знает).

4. Переведенное на английский язык сообщения передается в канцелярию, которая принимает решение о способе передачи сообщения. (Выбор способа передачи – это уровень компетенции канцелярии). В нашем примере в качестве протокола взаимодействия «канцелярия – канцелярия» используется обмен письмами. Соответственно сообщение будет помещено в конверт предусмотренного формата (который предусматривает указание адреса получателя и адреса отправителя) и отправлено в почтовую службу.

5. Почтовая служба осуществляет сортировку почтовых отправлений, в результате конверт с сообщением будет помещен в контейнер, который отправляется в авиакомпанию.

6. Авиакомпания доставляет контейнер с сообщением в город, где находится предприятие В и передает его в почтовую службу. (Предполагаем, что города связаны прямым авиамаршрутом. Более сложный случай рассмотрим позже.) Дальнейшие действия производятся в обратном порядке.

7. Почтовое отделение извлекает конверт из контейнера и доставляет его в канцелярию предприятия В.

8. Канцелярия извлекает сообщение из конверта и передает переводчику для перевода на китайский язык.

9. Переводчик переводит сообщение с английского языка на китайский и передает секретарю.

10. Секретарь доводит содержание сообщения до директора.

Как видно протокол взаимодействия для всех уровней кроме самого верхнего связан только с передачей сообщений, поступающих сверху, и не касается содержания этих сообщений. Каждый из уровней имеет собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Эта независимость протоколов друг от друга и делает привлекательным многоуровневый подход.