Принципы построения функциональной структуры

Практика разработки вычислительных сетей привела их создателей к введению некоторой стандартной декомпозиции функций — разделению их на архитектурные слои, или уровни.

Исторически каждый разработчик сети выделял архитектурные уровни по-своему, однако их принципы оказались в основном сходными, и на этой основе Международной организацией по стандартизации (МОС, по-английски ISO) была разработана архитектура связи вычислительной сети, получившая название архитектуры соединения открытых систем (АСОС, по-английски OSIA)

Уровни функциональной структуры условно располагаются один над другим, причем только верхний выполняет прикладные функции, т. е. те, ради которых создана система, остальные уровни выполняют внутренние (служебные) функции системы, с помощью которых реализуются прикладные функции.

Архитектурные уровни функциональной структуры разделяются интерфейсами, через которые происходит обмен кадрами информации по правилам, устанавливаемым интерфейсами.

В целях упрощения анализа, синтеза, эксплуатации и развития уровни функциональной структуры вычислительной сети выделяются и функционируют по определенным принципам, оправдывающим принятое расслоение структуры.

Первый принцип заключается в иерархичности расслоения. Каждый уровень осуществляет свои функции с помощью своих средств или с помощью соседнего с ним нижнего уровня.

Второй принцип определяет способы взаимодействия уровней. К средствам нижних уровней, отделенных от него другими уровнями, данный уровень может обращаться только через соседний с ним нижний уровень. К средствам верхних уровней данный уровень обращаться не может.

Третий принцип – максимальная независимость решений, принимаемых на каждом уровне, относительно решений на остальных уровнях архитектуры. Независимость решений на каждом уровне достигается расслоением, которое сводит к минимуму их взаимодействие.

Четвертый принцип расслоения на уровни это прозрачность (невидимость) информации поступающей с верхнего уровня средствам нижнего. Передаваемый с каждого верхнего уровня на нижний кадр информации, сопровождается «упаковочной» информацией, описывающей размер кадра, и адрес его назначения. Эта «упаковочная» информация (конверт), состоит из двух частей:

· первая, предваряющая кадр, называется заголовком;

· вторая, его замыкающая, — концевиком.

Каждый уровень «читает» только надпись на предназначенном ему конверте, сохраняя прозрачность относительно самих данных, в состав которых могут входить и конверты более высоких уровней.

Выделение архитектурных уровней, дает широкую независимость решениям внутри каждого уровня и значительно облегчает создание и развитие вычислительных сетей.

Модель OSI

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации — ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали многоуровневый комплект протоколов, известный как эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста.

В модели OSI (рисунок 1.1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень выполняет определенную функцию во взаимодействия сетевых устройств.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Модель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Свои собственные протоколы взаимодействия приложения реализуют, обращаясь к системным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень.

Итак, пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных.

Заголовок содержит служебную информацию о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить.

Рисунок 1.1 – Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Но для того чтобы доставить эту информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, выполняемых нижележащими уровнями.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню.

Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию — заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата.

Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок, и т. д.

Некоторые протоколы помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого «концевика».

Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому моменту сообщение «обрастает» заголовками всех уровней.

Поступившее адресату сообщение принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.