11. Architectuur van interactie van open systemen. Basisprincipes van discrete verzending van berichten

11. Architectuur van interoperabiliteit van open systemen

De opkomst van computernetwerken heeft geleid tot de noodzaak om standaarden te creëren die de principes van interactie van externe gebruikers met netwerken en netwerken onderling definiëren (d.w.z. standaarden voor de interactie van open systemen, OSI).

In de kern is een netwerk een verbinding van apparatuur van verschillende fabrikanten. Om compatibiliteitsproblemen aan te pakken, moeten alle fabrikanten zich houden aan algemeen aanvaarde regels voor bouwapparatuur. Deze regels zijn vastgelegd in normen.

De ideologische basis voor standaardisatie in computernetwerken is een benadering op meerdere niveaus.

Communicatie tussen netwerkapparaten is een complexe, technische uitdaging. Om complexe problemen op te lossen, wordt vaak decompositie gebruikt, d.w.z. een complexe taak opsplitsen in meerdere eenvoudige taakmodules.

Ontleding veronderstelt:

• een duidelijke definitie van de functies van elke module die een afzonderlijk probleem oplost;

• het definiëren van de regels voor interactie tussen modules.

De gelaagde decompositiebenadering gaat uit van het volgende:

• de hele set modules is verdeeld in niveaus (terwijl de functies van alle niveaus duidelijk zijn gedefinieerd);

• niveaus vormen een hiërarchie (d.w.z. er zijn hogere en lagere niveaus);

• om zijn taken op te lossen, doet elk niveau alleen verzoeken aan de modules van het direct aangrenzende lagere niveau;

• de resultaten van het werk van de niveaumodules kunnen alleen worden overgedragen naar de aangrenzende, hoger gelegen module.

In de loop van de netwerkoperatie werken knooppunten samen, die elk een hiërarchisch systeem zijn. De procedure voor de interactie van deze knooppunten kan worden beschreven als een set interactieregels voor elk paar van de overeenkomstige (gelijke) niveaus van de deelnemende partijen.

De geformaliseerde regels die de volgorde en het formaat bepalen van berichten die worden uitgewisseld door netwerkcomponenten die op hetzelfde niveau liggen, maar in verschillende knooppunten, worden een PROTOCOL genoemd.

De niveaus die zich tijdens het werk in hetzelfde knooppunt bevinden, werken ook met elkaar samen in overeenstemming met goed gedefinieerde regels. Deze regels worden INTERFACE genoemd.

Dat. de middelen van elke laag moeten ten eerste zijn eigen protocol uitwerken, en ten tweede, interfaces met aangrenzende lagen.

Opgemerkt moet worden dat het protocol van elke laag onafhankelijk van het protocol van de andere laag kan worden gewijzigd. Deze onafhankelijkheid maakt de gelaagde aanpak aantrekkelijk.

BOC-referentiemodel is de meest algemene beschrijving van de structuur voor bouwnormen. Het definieert de principes van de relatie tussen individuele normen en vormt de basis voor het waarborgen van de mogelijkheid parallel ontwikkeling van verschillende standaarden voor OSI.

In eerste instantie wordt de structuur voor het bouwen van OSI-standaarden bepaald.

Vervolgens een beschrijving van de diensten die door de afzonderlijke componenten (lagen) van het open systeem moeten worden geleverd.

Het laatste detailniveau in OSI-standaarden is de ontwikkeling van een reeks protocollen binnen een specifieke OSI-service.

In dit geval wordt een protocol opgevat als een document dat de procedures en regels definieert voor interactie van systemen met dezelfde naam die met elkaar samenwerken.

De OSI-standaard moet dus definiëren:

• BOC-referentiemodel;

• Een specifieke set services die voldoen aan het referentiemodel;

• Een reeks protocollen die de tevredenheid garanderen van de services waarvoor ze zijn ontworpen.

Gebaseerd op het bovenstaande, het systeem is geopend, als het consistent is met het OSI-referentiemodel, de standaardset van services en standaardprotocollen.

OSI-model met zeven niveaus

OSI- en IEEE Project 802-netwerkmodellen

In 1978 bracht de International Standards Organization (ISO) een reeks specificaties uit waarin de architectuur van netwerken met heterogene apparaten wordt beschreven. (Het prototype van het VOS-model).

In 1984 bracht ISO een nieuwe versie van zijn model uit, het BOC-referentiemodel. (Referentiemodel Open System Interconnection, OSI.)

Structuur van het OSI-referentiemodel

In dit model zijn alle processen die door een open systeem worden geïmplementeerd, verdeeld in zeven onderling ondergeschikte niveaus. De laag met een lager nummer levert diensten aan zijn aangrenzende bovenlaag en maakt hiervoor gebruik van de diensten van een aangrenzende onderlaag. Het bovenste (7) niveau verbruikt alleen diensten en het onderste (1) levert ze alleen.

Zeven niveaus van het model:

Fysieke laag voert de overdracht uit van een ongestructureerde "ruwe" bitstroom over een fysiek medium (zonder rekening te houden met de indeling in codewoorden). Elektrische, optische, mechanische en functionele interfaces met kabel worden gerealiseerd. Genereert signalen die gegevens van hogere niveaus vervoeren. Stelt de duur van elk bit in en hoe elk bit wordt vertaald in de juiste elektrische en optische signalen.

Dit niveau hangt samen met:

• kenmerken van fysieke media van gegevensoverdracht (bandbreedte, golfimpedantie, ruisimmuniteit ...);
• kenmerken van elektrische (optische) signalen (niveaus, type codering, modulatiesnelheid ...);
• type connector en doel van elk contact (BNC, RJ-45, RS-232c ...).

Voorbeeldspecificatie: 10BaseT.

Link laag

De belangrijkste taken die op linkniveau zijn opgelost, zijn onder meer:

• organisatie van toegang tot het transmissiemedium;
• implementatie van foutdetectie- en correctiemechanismen.

Als op de fysieke laag alleen een stroom bits wordt beschouwd, dan worden de bits op het kanaal gegroepeerd in codecombinaties (frames). Frames zijn beveiligd met foutcorrigerende codering voor foutdetectie of -correctie.

De link-layer-protocollen bevatten een bepaalde structuur van verbindingen tussen computers en methoden voor hun adressering (alleen voor een strikt gedefinieerde netwerktopologie).

De kanaalbesturingslaag (tweede laag) of kanaal is een reeks procedures en methoden voor gegevenskanaalbesturing (verbinding tot stand brengen, onderhoud en verbreken), georganiseerd op basis van een fysieke verbinding, het biedt foutdetectie en -correctie.

Brengt dataframes over van het netwerk naar de fysieke laag. Bij ontvangst verpakt het de onbewerkte bitstroom die uit de fysieke laag komt in dataframes.

Over het algemeen is KU een complete set functies voor het verzenden van berichten tussen netwerkknooppunten. In sommige gevallen kunnen ze direct werken met de applicatielaag toestaan.

Voorbeeld: Ethernet, Tokenring.

Netwerklaag verantwoordelijk voor het adresseren van berichten en het vertalen van logische namen en adressen naar fysieke adressen. Op basis van de specifieke netwerkcondities wordt hier de route van de pc van de afzender naar de pc van de ontvanger bepaald.

De hoofdtaak van de derde (netwerk)laag is het routeren van berichten, daarnaast zorgt het voor het beheer van informatiestromen, het inrichten en onderhouden van transportkanalen en houdt het ook rekening met de geleverde diensten.

Als de netwerkadapter van de router geen grote blokken gegevens kan verzenden die door de pc van de afzender worden verzonden, worden deze blokken gesplitst in kleinere blokken op de netwerklaag. Op netwerkniveau van de ontvanger vindt het omgekeerde proces van herverpakken naar de oorspronkelijke staat plaats.

De beschouwde drie lagere niveaus bepalen het functioneren van het netwerkknooppunt. De protocollen van deze lagen bedienen het zogenaamde transportnetwerk. Zoals elk transportsysteem transporteert dit netwerk informatie zonder geïnteresseerd te zijn in de inhoud ervan. Het hoofddoel van dit netwerk is het snel en betrouwbaar aanleveren van informatie.

Voorbeeld: IP (TCP / IP-stack), IPX (IPX / SPX-stack).

Transport laag Dit niveau ontvangt een bepaald datablok van het hogere niveau en moet het transport ervan via het communicatienetwerk naar het systeem op afstand verzekeren. De lagen boven het transport houden geen rekening met de specifieke kenmerken van het netwerk waardoor de gegevens worden verzonden; ze 'kennen' alleen de systemen op afstand waarmee ze communiceren. De transportlaag moet "weten" hoe het netwerk werkt, welke datablokken het accepteert, enzovoort.

De transportlaag garandeert de levering van pakketten zonder fouten, in dezelfde volgorde, zonder verlies en duplicatie.

Op dit niveau kunnen berichten ook opnieuw worden verpakt: lange worden opgesplitst in meerdere pakketten en korte worden gecombineerd tot één pakket. Dit verhoogt de efficiëntie van pakkettransmissie over het netwerk. Op het transportniveau van de pc van de ontvanger worden berichten uitgepakt, in hun oorspronkelijke vorm hersteld en wordt meestal een bevestigingssignaal verzonden.

Als de kwaliteit van de zender goed is, wordt er gebruik gemaakt van een lichtgewicht dienst. Datagrammodus (UDP).

Als de kwaliteit van het kanaal slecht is, worden maximale middelen gebruikt - een voorlopige logische verbinding tot stand brengen, feedback organiseren, cyclische nummering van pakketten, bevestiging, controle van checksums, enz. (TCP virtuele circuitmodus).

Sessieniveau

De volgende vijfde laag van protocollen wordt de sessielaag of sessielaag genoemd. Het belangrijkste doel is om manieren van interactie tussen aanvraagprocessen te organiseren:

• verbinding van sollicitatieprocessen voor hun interactie,

• organisatie van informatieoverdracht tussen processen tijdens interactie

• "loskoppelen" processen.

Deze laag voert functies uit zoals naamresolutie en beveiliging, die nodig zijn om twee applicaties op een netwerk te koppelen.

De sessielaag zorgt voor synchronisatie tussen gebruikerstaken door checkpoints in de datastroom te plaatsen. In het geval van een netwerkfout hoeven dus alleen de gegevens na het laatste controlepunt opnieuw te worden verzonden.

Representatief niveau (Presentatie) definieert de syntaxis van de verzonden informatie, d.w.z. een set karakters en manieren om ze te representeren die begrijpelijk zijn voor alle op elkaar inwerkende open systemen.

Het onderhandelingsproces zelf wordt bepaald door het presentatielaagprotocol, waarbij de op elkaar inwerkende systemen het eens worden over de vorm waarin informatie wordt verzonden.

Het uitvoerende niveau is verantwoordelijk voor het omzetten van protocollen, het verzenden van gegevens, het versleutelen ervan, het wijzigen en converteren van de gebruikte tekenset (codetabel) en het uitbreiden van grafische opdrachten. Kan datacompressie aan.

Op dit niveau werkt een redirector, die I/O-bewerkingen omleidt naar serverbronnen.

Applicatieniveau (Toepassing) van het OSI-referentiemodel definieert de semantiek, d.w.z. de semantische inhoud van informatie die wordt uitgewisseld door besturingssystemen bij het oplossen van een eerder bekend probleem. Interactieve systemen moeten de ontvangen gegevens op dezelfde manier interpreteren.

Het applicatie- (gebruikers)niveau is het belangrijkste, het is daarvoor dat alle andere niveaus bestaan. Het wordt applicatie genoemd omdat er interactie mee is door applicatieprocessen van het systeem, die een bepaald probleem moeten oplossen samen met applicatieprocessen die zich in andere open systemen bevinden.

Deze laag biedt services die gebruikerstoepassingen rechtstreeks ondersteunen, zoals software voor bestandsoverdracht, software voor databasetoegang en e-mail. (FTP, TFTP...)

Model IEEE Project 802. Uitbreiding van het OSI-model.

In februari 1980 werd IEEE Project 802 uitgebracht.Hoewel de publicatie van dit concept de ISO-normen overschreed, werd het werk parallel uitgevoerd, met volledige uitwisseling van informatie, en daarom is het volledig compatibel.

IEEE Project 802 - stelde de normen vast voor de fysieke componenten van het netwerk - de interfacekaarten en bekabelingssystemen die omgaan met de fysieke en kanaalwortels van het OSI-model.

Deze normen worden verspreid:

• op netwerkadapterkaarten;

• componenten van wereldwijde computernetwerken;

• componenten van netwerken op coax en twisted pair.

De 802-specificaties definiëren de manieren waarop netwerkkaarten toegang krijgen tot gegevens en deze verzenden via het fysieke medium.

In het IEEE-model is de Link-laag verdeeld in twee subniveaus:

• logisch linkbeheer (foutcontrole en gegevensstroomcontrole);

• Toegang tot de omgeving regelen. (dragerzin, tokenpassing, ...).

Het BOC-referentiemodel is een handig parallellisatietool het ontwikkelen van normen voor de onderlinge koppeling van open systemen. Het definieert alleen het concept van het bouwen en de onderlinge relatie van standaarden en kan als basis dienen voor standaardisatie op verschillende gebieden van overdracht, opslag en verwerking van informatie.

Controlevragen

Computernetwerkarchitectuur- een beschrijving van het algemene model.

Door de verscheidenheid aan fabrikanten van computernetwerken en netwerksoftwareproducten is het probleem ontstaan ​​van het combineren van netwerken van verschillende architecturen. Om dit probleem op te lossen heeft de ISO een architectuurmodel voor open systemen ontwikkeld.

Open systeem- een systeem dat interageert met andere systemen in overeenstemming met geaccepteerde standaarden.

Het voorgestelde architectuurmodel voor open systemen dient als basis voor fabrikanten bij de ontwikkeling van compatibele netwerkapparatuur. Dit model is niet een soort fysiek lichaam waarvan de afzonderlijke elementen kunnen worden aangeraakt. Het model vertegenwoordigt de meest algemene richtlijnen voor het bouwen van standaarden voor interoperabele netwerksoftwareproducten. Deze aanbevelingen moeten zowel in hardware als software van computernetwerken worden geïmplementeerd.

Rijst. 8. Referentiemodel voor open systeemarchitectuur.

Het Open Systems Interconnection (OSI)-model is momenteel het meest populaire netwerkarchitectuurmodel. Het model houdt rekening met algemene functies, niet met speciale oplossingen, dus niet alle echte netwerken volgen het precies. Het open systemen interactiemodel bestaat uit zeven niveaus (Figuur 8).

7e niveau- toegepast - biedt ondersteuning voor applicatieprocessen van eindgebruikers. Dit niveau definieert het scala aan toegepaste taken die in dit computernetwerk zijn geïmplementeerd. Het bevat ook alle vereiste service-elementen voor gebruikerstoepassingen. Sommige taken van het netwerkbesturingssysteem kunnen worden overgenomen op applicatieniveau.

6e niveau- representatief - definieert de syntaxis van de gegevens in het model, d.w.z. presentatie van gegevens. Het garandeert de presentatie van gegevens in codes en formaten die in het gegeven systeem worden geaccepteerd. In sommige systemen kan deze laag gecombineerd worden met de applicatielaag.

5e niveau- sessie - implementeert het opzetten en onderhouden van een communicatiesessie tussen twee abonnees via een communicatienetwerk. Het maakt de uitwisseling van gegevens mogelijk in de modus gedefinieerd door het applicatieprogramma, of biedt de mogelijkheid om de uitwisselingsmodus te selecteren. De sessielaag onderhoudt en beëindigt de communicatiesessie.

De bovenste drie niveaus zijn gegroepeerd onder een gemeenschappelijke naam - proces of aanvraagproces. Deze niveaus definiëren de functionele kenmerken van een computernetwerk als applicatiesysteem.

4e niveau- transport - zorgt voor een interface tussen processen en het netwerk. Het brengt logische kanalen tussen processen tot stand en zorgt voor de overdracht van informatiepakketten via deze kanalen, die tussen processen worden uitgewisseld. De logische kanalen die door de transportlaag tot stand worden gebracht, worden transportkanalen genoemd.

Pakket- een groep bytes die door netwerkabonnees naar elkaar wordt verzonden.

3e niveau- netwerk — definieert de interface van de eindapparatuur voor gebruikersgegevens met het pakketgeschakelde netwerk. Het is ook verantwoordelijk voor het routeren van pakketten in een communicatienetwerk en voor de communicatie tussen netwerken - het implementeert internetworking.

Opmerking. In de communicatietechnologie wordt de term data-eindapparatuur gebruikt. Het detecteert alle hardware die op het kanaal is aangesloten; communicatie, in het gegevensverwerkingssysteem (computer, terminal, speciale apparatuur).

2e niveau- kanaal - datalinkniveau - implementeert het proces van het verzenden van informatie via een informatiekanaal. Een informatiekanaal is een logisch kanaal, het wordt tot stand gebracht tussen twee computers die zijn verbonden door een fysiek kanaal. De kanaallaag zorgt voor datastroombesturing in de vorm van frames waarin informatiepakketten zijn verpakt, detecteert transmissiefouten en implementeert een informatieherstelalgoritme in de bij storingen of gegevensverlies.

1e niveau- fysiek - voert alle noodzakelijke procedures in het communicatiekanaal uit. Zijn hoofdtaak is het aansturen van de datatransmissieapparatuur en het daarop aangesloten communicatiekanaal.

Bij het overbrengen van informatie van het aanvraagproces naar het netwerk, wordt het verwerkt door de niveaus van het interactiemodel van open systemen (Fig. 9).

Rijst. 9. Berichtverwerking door de lagen van het OSI-model

Stel dat een applicatie een verzoek doet aan een applicatielaag, zoals een bestandsservice. Op basis van dit verzoek genereert de applicatiesoftware een bericht in een standaardformaat. Een typisch bericht bestaat uit een koptekst en een gegevensveld. De header bevat service-informatie die via het netwerk moet worden doorgegeven aan de applicatielaag van de doelcomputer om te vertellen welk werk er moet worden gedaan. In ons geval moet de header uiteraard informatie bevatten over de locatie van het bestand en het type bewerking dat erop moet worden uitgevoerd. Het berichtgegevensveld kan leeg zijn of enkele gegevens bevatten, bijvoorbeeld een die naar een extern bestand moet worden geschreven. Maar om deze informatie op de plaats van bestemming te krijgen, moeten er nog veel taken worden opgelost, waarvan de verantwoordelijkheid bij de lagere niveaus ligt.

Nadat het bericht is gegenereerd, leidt de applicatielaag het door de stapel naar de presentatielaag. Het presentatielaagprotocol, gebaseerd op de informatie verkregen uit de applicatielaagheader, voert de vereiste acties uit en voegt zijn eigen service-informatie toe aan het bericht - de presentatielaagheader, die instructies bevat voor het presentatielaagprotocol van de doelcomputer. Het resulterende bericht wordt doorgegeven aan de sessielaag, die op zijn beurt zijn eigen kop toevoegt, enz. (Sommige protocolimplementaties plaatsen service-informatie niet alleen aan het begin van het bericht in de vorm van een koptekst, maar ook aan het einde, in de vorm van een zogenaamde "trailer".) Ten slotte bereikt het bericht de lagere, fysieke laag, die het daadwerkelijk via de communicatielijnen naar de bestemmingsmachine verzendt. Op dit punt is het bericht "overwoekerd" met koppen van alle niveaus (Fig. 9.1).

Wanneer een bericht via het netwerk op de bestemmingsmachine aankomt, wordt het ontvangen door de fysieke laag en gaat het achtereenvolgens omhoog van laag naar laag. Elk niveau analyseert en verwerkt de kop van zijn niveau, voert de functies uit die bij dit niveau horen, verwijdert deze kop en geeft het bericht door aan het hogere niveau.

Elk niveau reageert alleen op zijn eigen titel. De koppen van de hogere niveaus door de lagere niveaus worden niet waargenomen of veranderd - ze zijn "transparant" voor de lagere niveaus. Dus, door de niveaus van het OSI-model te doorlopen, komt informatie uiteindelijk aan bij het proces waartoe het was gericht.

Voordeel van het VOS-model met zeven niveaus.

In het proces van ontwikkeling en verbetering van elk systeem is het nodig om de afzonderlijke componenten ervan te veranderen. Soms is het hierdoor nodig om andere componenten te wijzigen, wat het proces van het upgraden van het systeem aanzienlijk bemoeilijkt en bemoeilijkt.

Dit is waar de voordelen van het model met zeven niveaus in het spel komen. Als interfaces uniek zijn gedefinieerd tussen de niveaus, betekent het wijzigen van een van de niveaus niet dat er wijzigingen op andere niveaus moeten worden aangebracht. Er is dus een relatieve onafhankelijkheid van de niveaus van elkaar.

Er moet nog een opmerking worden gemaakt met betrekking tot de implementatie van de niveaus van het OSI-model in echte computernetwerken. De functies die door de lagen van het model worden beschreven, moeten in hardware of in de vorm van programma's worden geïmplementeerd.

Fysieke laagfuncties worden altijd in hardware geïmplementeerd. Dit zijn adapters, datatransmissie-multiplexers, netwerkkaarten, enz.

De functies van de andere niveaus zijn geïmplementeerd in de vorm van softwaremodules - stuurprogramma's.

Netwerkmodellen - OSI-referentiemodel

Het algemene model van een computernetwerk bepaalt de kenmerken van het netwerk als geheel en de kenmerken en functies van de belangrijkste componenten.

Computernetwerkarchitectuur Is een beschrijving van het algemene model. Door de verscheidenheid aan fabrikanten van computernetwerken en netwerksoftwareproducten is het probleem ontstaan ​​van het combineren van netwerken van verschillende architecturen.

Begin jaren tachtig. De International Organization for Standardization (ISO) heeft erkend dat er behoefte is aan een netwerkmodel dat leveranciers kan helpen bij het creëren van interoperabele netwerkimplementaties. Het in 1984 uitgebrachte OSI Reference Model voorziet in deze behoefte. Vaak aangeduid als het Open Systems Architecture Model.

Een open systeem is een systeem dat samenwerkt met andere systemen in overeenstemming met geaccepteerde standaarden. Het interoperabiliteitsmodel van open systemen dient als basis voor fabrikanten om interoperabele netwerkapparatuur te ontwikkelen.

Het verplaatsen van informatie tussen computers van verschillende circuits is een uiterst moeilijke taak.

Dit model definieert hoe gegevens over een netwerk worden verzonden, definieert de standaardprotocollen die door het netwerk en de software worden gebruikt. Het model vertegenwoordigt de meest algemene aanbevelingen voor het bouwen van compatibele softwareproducten. Deze aanbevelingen moeten zowel in hardware als software van computernetwerken worden geïmplementeerd.

Interactiemodel voor open systemen definieert de procedures voor de overdracht van gegevens tussen systemen die voor elkaar open staan, dankzij het gezamenlijke gebruik van de overeenkomstige standaarden, hoewel de systemen zelf op verschillende technische middelen kunnen worden gecreëerd. Het interoperabiliteitsmodel voor open systemen is momenteel het meest populaire netwerkarchitectuurmodel. Het houdt rekening met algemene functies, niet met speciale oplossingen, dus niet alle echte netwerken volgen het precies. Het interoperabiliteitsmodel voor open systemen bestaat uit zeven lagen. Op elk niveau worden bepaalde netwerkfuncties uitgevoerd. De onderste lagen (1 en 2) definiëren de fysieke media en bijbehorende taken (zoals het overbrengen van databits via de NIC-kaart en kabel). De bovenste lagen bepalen hoe applicaties toegang krijgen tot communicatiediensten. Hoe hoger het niveau, hoe moeilijker het probleem wordt opgelost. De gegevens worden opgesplitst in pakketten voordat ze naar het netwerk worden verzonden.

Pakket is een eenheid van informatie die wordt verzonden tussen netwerkapparaten als geheel. Aan de verzendende kant gaat het pakket achtereenvolgens door alle niveaus van het systeem van boven naar beneden. Vervolgens wordt het via een netwerkkabel naar de ontvangende computer verzonden en doorloopt het opnieuw alle niveaus in omgekeerde volgorde.

12. De niveaus van het osi-model. Hiërarchische relatie.

Het OSI-referentiemodel verdeelt het probleem van het verplaatsen van informatie tussen computers in de netwerkomgeving in zeven kleinere, en dus gemakkelijker oplosbare, problemen. Elk van deze zeven problemen is gekozen omdat het relatief autonoom is en daarom gemakkelijker op te lossen is zonder al te veel afhankelijk te zijn van externe informatie. Elk van de zeven probleemgebieden werd opgelost met behulp van een van de niveaus van het model. De meeste netwerkapparaten implementeren alle zeven lagen. In de verkeersmodus slaan sommige netwerkimplementaties echter een of meer lagen over.

De twee laagste lagen van OSI zijn hardware en software; de andere vijf hogere niveaus worden meestal door software geïmplementeerd. Het OSI-referentiemodel beschrijft hoe informatie door de netwerkomgeving (zoals kabels) van de ene applicatie (zoals een spreadsheetprogramma) naar een andere applicatie op een andere computer gaat. Omdat informatie die moet worden verzonden, gaat door de niveaus van het systeem, naarmate het vordert, gaat het steeds minder lijken op menselijke taal en meer en meer op informatie die computers begrijpen, namelijk "enen" en "nullen".

De lagen van het OSI-model (van onder naar boven) en hun algemene functies kunnen als volgt worden bekeken:

Overweeg hoe het SI-model gegevens uitwisselt tussen gebruikers op verschillende continenten.

1.Aan toepassingsniveau met behulp van speciale toepassingen maakt de gebruiker een document (bericht, afbeelding, enz.).

Applicatieniveau is de OSI-laag die zich het dichtst bij de gebruiker bevindt. Het verschilt van de andere lagen doordat het geen diensten levert aan een van de andere OSI-lagen; het biedt ze echter voor toepassingsprocessen buiten het bereik van het OSI-model. Voorbeelden van dergelijke aanvraagprocessen zijn programma's voor het verwerken van grootschalige tabellen, programma's voor het verwerken van woorden, programma's voor bankterminals, etc. De applicatielaag identificeert en stelt de beschikbaarheid van beoogde communicatiepartners vast, synchroniseert samenwerkingsapplicaties en stelt een overeenkomst vast over procedures voor foutherstel en informatie-integriteitsbeheer. Ook bepaalt de applicatielaag of er voldoende middelen beschikbaar zijn voor de beoogde communicatie.

2.Aan presentatie niveau het besturingssysteem van zijn computer registreert waar de gecreëerde gegevens zich bevinden (in RAM, in een bestand op een harde schijf, enz.), en zorgt voor interactie met het volgende niveau.

Representatief niveau is ervoor verantwoordelijk dat informatie die vanuit de applicatielaag van het ene systeem wordt verzonden, leesbaar is naar de applicatielaag van een ander systeem. Indien nodig vertaalt de representatieve laag tussen meerdere informatiepresentatieformaten door gebruik te maken van een gemeenschappelijk informatiepresentatieformaat. De representatieve laag houdt zich niet alleen bezig met het formaat en de presentatie van de daadwerkelijke gebruikersdata, maar ook met de datastructuren die programma's gebruiken. Daarom onderhandelt de representatieve laag, naast het transformeren van het formaat van de feitelijke gegevens (indien nodig), over de syntaxis van gegevensoverdracht voor de applicatielaag.

3.Aan sessie niveau de computer van de gebruiker communiceert met een lokaal of wereldwijd netwerk. De protocollen van deze laag controleren de rechten van de gebruiker om "in de lucht te gaan" en brengen het document over naar de protocollen van de transportlaag.

Zoals de naam aangeeft, brengt de sessielaag communicatiesessies tussen applicaties tot stand, beheert en beëindigt deze. Sessies bestaan ​​uit een gesprek tussen twee of meer presentatie-objecten (onthoud, de sessielaag levert zijn diensten aan de presentatielaag). De sessielaag synchroniseert de dialoog tussen de objecten van het representatieve niveau en beheert de uitwisseling van informatie tussen hen. Naast de basisregulering van dialogen (sessies), biedt de sessielaag een middel voor het verzenden van informatie, serviceklasse en uitzonderingsmeldingen van sessie-, proxy- en applicatielaagproblemen. Sessie een laag is een complexe laag die connectiviteit en routeselectie biedt tussen twee eindsystemen die zijn verbonden met verschillende "subnetten" die zich op verschillende geografische locaties kunnen bevinden. In dit geval is een "subnet" in wezen een onafhankelijke netwerkkabel (soms een segment genoemd). Omdat twee eindsystemen die willen communiceren, kunnen worden gescheiden door een aanzienlijke geografische afstand en veel subnetten, de netwerklaag is het routeringsdomein. Routeringsprotocollen selecteren optimale routes via een reeks onderling verbonden subnetten. Traditionele netwerklaagprotocollen voeren informatie langs deze routes.

4. Aan transport niveau het document wordt omgezet in de vorm waarin het gegevens in het gebruikte netwerk moet verzenden. Het kan bijvoorbeeld in kleine zakjes van standaardformaat worden gesneden.

Transport laag De grens tussen de sessie- en transportlagen kan worden gezien als de grens tussen toepassingsprotocollen en protocollen op een lagere laag. Terwijl de applicatie-, presentatie- en sessielagen bezig zijn met applicatieproblemen, behandelen de onderste vier lagen datatransportproblemen. De transportlaag probeert gegevenstransportdiensten te leveren die de noodzaak voor hogere lagen elimineren om op de details in te gaan. Met name de transportlaag houdt zich bezig met zaken als het uitvoeren van betrouwbaar transport van gegevens over het internetwerk. Door betrouwbare services te bieden, biedt de transportlaag mechanismen voor het opzetten, onderhouden en ordelijk beëindigen van virtuele circuits, systemen voor het oplossen van problemen met transport en verkeersbeheer (om te voorkomen dat het systeem wordt overspoeld met gegevens van een ander systeem).

5. Netwerklaag bepaalt de route van gegevensverplaatsing in het netwerk. Dus als bijvoorbeeld op transportniveau de gegevens in pakketten werden "geknipt", dan moet elk pakket op netwerkniveau een adres ontvangen waarnaar het moet worden afgeleverd, ongeacht andere pakketten.

Netwerklaag is een geïntegreerde laag die connectiviteit en routeselectie biedt tussen twee eindsystemen die zijn verbonden met verschillende "subnetten" die zich op verschillende geografische locaties kunnen bevinden. In dit geval is een "subnet" in wezen een onafhankelijke netwerkkabel (soms een segment genoemd). Omdat twee eindsystemen die willen communiceren, kunnen worden gescheiden door een aanzienlijke geografische afstand en veel subnetten, de netwerklaag is het routeringsdomein. Routeringsprotocollen selecteren optimale routes via een reeks onderling verbonden subnetten. Traditionele netwerklaagprotocollen voeren informatie langs deze routes.

6. Link laag. Verbindingsniveau is nodig om de signalen die op de fysieke laag circuleren te moduleren in overeenstemming met de gegevens die van de netwerklaag worden ontvangen. In een computer worden deze functies bijvoorbeeld uitgevoerd door een netwerkkaart of modem.

Link laag(formeel de datalinklaag genoemd) zorgt voor een betrouwbare doorvoer van gegevens over het fysieke kanaal. Bij het volbrengen van deze taak behandelt de verbindingslaag de problemen van fysieke adressering (in tegenstelling tot netwerk- of logische adressering), netwerktopologie, lineaire discipline (hoe een eindsysteem een ​​netwerkverbinding gebruikt), storingsmelding, ordelijke levering van datablokken en stroomregeling.

7. Fysieke laag. De echte gegevensoverdracht vindt plaats op fysiek niveau . Er zijn geen documenten, geen pakketten, zelfs geen bytes - alleen bits, dat wil zeggen elementaire eenheden van gegevensrepresentatie. Het herstel van het document zal geleidelijk gebeuren, wanneer u van het lagere naar het hogere niveau op de computer van de klant gaat.

De fysieke laag ligt buiten de computer. In lokale netwerken is dit de uitrusting van het netwerk zelf. Voor communicatie op afstand met behulp van telefoonmodems zijn dit telefoonlijnen, schakelapparatuur van telefooncentrales, etc.

Fysieke laag definieert de elektrische, mechanische, procedurele en functionele kenmerken van activering, onderhoud en deactivering van een fysiek kanaal tussen eindsystemen. Fysieke laagspecificaties definiëren kenmerken zoals spanningsniveaus, timing van spanningsveranderingen, fysieke informatieoverdrachtsnelheden, maximale communicatieafstanden, fysieke connectoren en andere soortgelijke kenmerken.

Op de computer van de ontvanger van informatie vindt het omgekeerde proces plaats van het omzetten van gegevens van bitsignalen naar een document.

De verschillende protocollagen van de server en de client hebben geen directe interactie met elkaar, maar interageren via de fysieke laag. Geleidelijk bewegend van het bovenste naar het onderste niveau, worden de gegevens continu getransformeerd, "overwoekerd" met aanvullende gegevens, die worden geanalyseerd door de protocollen van de overeenkomstige niveaus aan de aangrenzende zijde. Dit creëert het effect virtueel interactie van niveaus met elkaar.

Om te illustreren wat er is gezegd, kunt u een eenvoudig voorbeeld bekijken van interactie tussen twee correspondenten die de gewone post gebruiken. Als ze elkaar regelmatig brieven sturen en dienovereenkomstig ontvangen, kunnen ze denken dat er een verband tussen hen bestaat op gebruikers(applicatie)niveau. Dit is echter niet helemaal waar. Zo'n verbinding is virtueel te noemen. . Het zou fysiek zijn als elk van de correspondenten de brief persoonlijk naar de ander zou nemen en hem in eigen handen zou geven. In het echte leven gooit hij het in de brievenbus en wacht op antwoord.

Lokale postdiensten zijn verantwoordelijk voor het verzamelen van brieven uit openbare brievenbussen en het bezorgen van correspondentie in particuliere brievenbussen. Dit is een ander niveau van het communicatiemodel, dat hieronder ligt. Om ervoor te zorgen dat onze brief een geadresseerde in een andere stad bereikt, moet er een link zijn tussen onze lokale postdienst en zijn lokale postdienst. Deze diensten hebben echter geen fysieke verbinding - ze sorteren enkel de ontvangen postcorrespondentie en brengen deze over naar het niveau van de federale postdienst.

De Federale Post vertrouwt in haar werk op diensten van het volgende niveau, bijvoorbeeld op de post- en bagagedienst van de spoorwegdienst. En pas na het werk van deze dienst te hebben onderzocht, zullen we eindelijk tekenen van een fysieke verbinding vinden, bijvoorbeeld een spoorlijn die twee steden verbindt.

Het is belangrijk om op te letten dat in ons voorbeeld verschillende virtuele verbindingen zijn gevormd tussen vergelijkbare services die zich op de punten van verzenden en ontvangen bevinden. Zonder direct contact te maken, interageren deze diensten met elkaar. Op een bepaald niveau worden brieven in zakken gedaan, de zakken worden verzegeld, begeleidende documenten worden eraan vastgemaakt, die ergens in een andere stad op een vergelijkbaar niveau worden bestudeerd en gecontroleerd.

Onderstaande tabel geeft een analogie tussen de lagen van het OSI-model en de operaties van de reguliere post doorstuurdiensten.

ModelniveauOSI	Analogie
Applicatieniveau	De brief is op papier geschreven. De inhoud ervan wordt bepaald
Presentatie laag	De brief zit verzegeld in een envelop. De envelop is vol. Er is een stempel geplakt. De klant heeft voldaan aan de noodzakelijke vereisten van het leveringsprotocol
Sessieniveau	De brief is in de brievenbus gevallen. Bezorgservice geselecteerd.
Transport laag	De brief is op het postkantoor afgeleverd. Het staat los van brieven die de lokale postdienst zelf zou afhandelen.
Netwerklaag	Na het sorteren wordt de brief in een zak gedaan. Er is een nieuwe bezorgeenheid - een tas
Verbindingsniveau	De zakjes brieven worden in de koets verpakt. Er is een nieuwe bezorgeenheid - een wagen
Fysieke laag	De wagen zit vast aan de locomotief. Er is een nieuwe bezorgeenheid verschenen - de compositie. De levering werd overgenomen door een andere afdeling die onder andere protocollen werkte.

Om ervoor te zorgen dat de verschillende computers op het netwerk met elkaar kunnen communiceren, moeten ze dezelfde taal "spreken", dat wil zeggen hetzelfde protocol gebruiken. Een protocol is de "taal" die wordt gebruikt om via een netwerk te communiceren. Er zijn veel protocollen, die elk verschillende taken uitvoeren. Verschillende protocollen worden gebruikt op verschillende lagen van het OSI-model.

Ethernet Is een Link-Layer-protocol dat door de meeste moderne LAN's wordt gebruikt. Het Ethernet-protocol biedt een uniforme interface naar het netwerktransmissiemedium waarmee het besturingssysteem meerdere Network Layer-protocollen tegelijk kan gebruiken om gegevens te ontvangen en te verzenden. tokenRing Is een Link-Layer-alternatief voor het "klassieke" Ethernet-protocol.

Om informatie over netwerkcommunicatiekanalen te kunnen verzenden, is het noodzakelijk om een ​​berichtenuitwisselingsprotocol (pakketten) te installeren. Er zijn verschillende van dergelijke protocollen. De meest gebruikte zijn de volgende: NetBEUI, IPX/ SPX, TCP/ IK P. Protocollen NETBEUI en IPX/ SPX- gebruikt in lokale netwerken. Protocollen TCP/ IK P zijn de basisprotocollen van het wereldwijde internet.

ProtocolTCP/ IK P

Sinds de start in de jaren 70 is de TCP/IP-protocolstack geëvolueerd tot een industriestandaard voor gegevensoverdrachtprotocollen in de netwerk- en transportlagen van het OSI-model. Bovendien bevat de stapel veel protocollen die werken op een grote verscheidenheid aan OSI-lagen, van de Data Link-laag onderaan tot de applicatielaag bovenaan.

Makers van besturingssystemen streven ernaar om de netwerkprotocolstack te vereenvoudigen, zodat het voor de gemiddelde gebruiker gemakkelijker te begrijpen is. Op een Windows-werkstation wordt TCP / IP bijvoorbeeld geïnstalleerd door een enkel voorwaardelijk protocol te selecteren, terwijl het in feite de hele familie van protocollen ondersteunt, waarvan TCP (Transmission Control Protocol) en IP (Internet Protocol) slechts twee vertegenwoordigers zijn.

Het begrijpen van de werkingsprincipes van elk van de protocollen van de TCP / IP-familie, evenals de mechanismen van hun interactie met elkaar om geschikte communicatiediensten te bieden, is uiterst belangrijk voor het onderhoud en probleemoplossing van TCP / IP-netwerken.

Er zijn verschillende redenen waarom TCP / IP de protocolsuite is geworden die door de meeste netwerken wordt gebruikt, niet de minste daarvan is dat deze protocollen op internet worden gebruikt. De TCP / IP-protocollen zijn ontworpen om het ontluikende internet (destijds ARPANET genoemd) te ondersteunen, zelfs vóór de komst van personal computers, toen er bijna niets was over de mogelijkheid van interoperabiliteit tussen computerproducten van verschillende fabrikanten. Het internet was toen en is nu nog steeds een netwerk van computers van verschillende typen, en dienovereenkomstig was precies die set protocollen nodig die voor alle computers hetzelfde zou zijn. Het belangrijkste element dat TCP / IP onderscheidt van de rest van de protocolstacks die netwerk- en transportlaagservers bieden, is het eigen unieke adresseringssysteem. Elk apparaat op een TCP/IP-netwerk krijgt een IP-adres toegewezen (soms meer dan één) dat dit apparaat op unieke wijze identificeert met andere systemen.

Open systeemarchitectuur

Parameternaam	Betekenis
Onderwerp van het artikel:	Open systeemarchitectuur
Categorie (thematische categorie)	Computers

Open systemen.

Het concept van een open systeembenadering.

De toepassing van de open systeembenadering is momenteel de belangrijkste trend op het gebied van informatietechnologie en computertechnologie, ondersteunt deze technologieën. Idealiter worden open systemen in hun ontwerpen geïmplementeerd door de meeste computerleveranciers en softwareontwikkelaars.

Open systeem- ϶ᴛᴏ een systeem dat bestaat uit componenten die via standaard interfaces met elkaar interageren. Deze definitie is in 1992 geformuleerd door de Franse Unix-gebruikersvereniging en het is ook een uitgebreide en geharmoniseerde reeks internationale en -profielen, functionele standaarden die interfaces, diensten en ondersteunende formaten specificeren om de interoperabiliteit en overdraagbaarheid van applicaties, gegevens en personeel. Deze definitie is opgesteld door de International Scientific and Technical Society (IEEE). Deze definitie benadrukt het aspect van de omgeving dat open systemen bieden voor het gebruik ervan, ᴛ.ᴇ. het is een externe beschrijving van een open systeem.

De algemene eigenschappen van open systemen worden meestal als volgt geformuleerd:

1) uitbreidbaarheid (schaalbaarheid)

2) mobiliteit (draagbaarheid)

3) interoperabiliteit (de mogelijkheid om te communiceren met andere systemen)

4) gebruiksvriendelijkheid, incl. gebruiksgemak

Het concept van een systeem is tweeledig.
Geplaatst op ref.rf
Aan de ene kant is een systeem een ​​set van op elkaar inwerkende hardware- en software-elementen. Aan de andere kant kan het systeem fungeren als een onderdeel van een ander, complexer systeem, dat op zijn beurt een onderdeel moet zijn van het volgende niveau-systeem.

De architectuur van een open systeem blijkt dus een hiërarchische beschrijving te zijn van zijn uiterlijk en elk onderdeel in termen van:

1.gebruiker (gebruikersinterface)

2.systeemontwerper (ontwerpomgeving)

3.toegepaste programmeur (programmeeromgeving)

4.systeemprogrammeur (computerarchitectuur)

5. Hardware-ontwikkelaar (hardware-interfaces)

Het voordeel van een open systeem ideologie

Voor de gebruiker bieden open systemen:

1) nieuwe mogelijkheden om de gedane investeringen te behouden dankzij de eigenschappen van de evolutie van de geleidelijke ontwikkeling van de functies van het systeem en de vervanging van individuele componenten zonder het hele systeem te herstructureren

2) vrijstelling van afhankelijkheid van één leverancier van hardware of software, evenals de mogelijkheid om producten te kiezen uit de producten die op de markt worden aangeboden, op voorwaarde dat de leverancier voldoet aan de relevante opensysteemnormen

3) de vriendelijkheid van de omgeving waarin de gebruiker werkt en de mobiliteit van het personeel in het proces van systeemevolutie

4) de mogelijkheid om informatiebronnen te gebruiken die beschikbaar zijn in andere systemen

Een ontwerper van informatiesystemen ontvangt:

1.de mogelijkheid om verschillende hardwareplatforms te gebruiken

2.de mogelijkheid om verschillende applicaties te delen op basis van verschillende besturingssystemen

3. ontwikkeling van de tooling frameworks die het ontwerp ondersteunen

4. mogelijkheden om kant-en-klare softwareproducten en informatiebronnen te gebruiken

Systeembrede softwareontwikkelaars ontvangen:

1.nieuwe kansen voor arbeidsverdeling door hergebruik van programma's

2. ontwikkelde instrumentele omgevingen en programmeersystemen

3.Mogelijkheden van modulaire organisatie van softwaresystemen, dankzij de standaardisatie van software-interfaces

Open systeemarchitectuur - concept en typen. Classificatie en kenmerken van de categorie "Architectuur van open systemen" 2017, 2018.

Het begrip "systeem" is tweeledig. Enerzijds is een systeem volgens de algemene definitie een set van op elkaar inwerkende elementen (componenten), hardware en/of software. Aan de andere kant kan het systeem fungeren als een onderdeel van een ander, complexer systeem, dat op zijn beurt een onderdeel kan zijn van het volgende niveau-systeem.

In dit opzicht is het noodzakelijk om het idee van de architectuur van systemen en tools als hun externe beschrijving (referentiemodel) te verduidelijken vanuit het oogpunt van degene die ze gebruikt. De architectuur van een open systeem blijkt dus een hiërarchische beschrijving te zijn van zijn uiterlijk en elk onderdeel in termen van:

• gebruiker (gebruikersinterface),
• systeemontwerper (ontwerpomgeving),
• applicatieprogrammeur (systemen en tools / programmeeromgevingen),
• systeemprogrammeur (computerarchitectuur),
• hardwareontwikkelaar (hardware-interfaces).

De voorgestelde visie op de architectuur van open systemen vloeit voort uit de bovengenoemde behoefte aan een alomvattende implementatie van de algemene eigenschappen van openheid en is een uitbreiding van het geaccepteerde concept van computerarchitectuur volgens G. Myers.

Laten we bijvoorbeeld eens kijken naar de architecturale representatie van een gegevensverwerkingssysteem dat bestaat uit componenten van vier gebieden: de gebruikersinterface (volgens de standpunten van alle bovengenoemde groepen), gegevensverwerkingsfaciliteiten, gegevenspresentatie- en opslagfaciliteiten en communicatie faciliteiten. Deze weergave vereist het gebruik van drie beschrijvingsniveaus: de omgeving die wordt vertegenwoordigd door het systeem, de besturingsomgeving (systeem) waarop de toepassingscomponenten vertrouwen, en hardware. Voor het gemak is elk van deze niveaus onderverdeeld in twee subniveaus (zie tabel).

Hiërarchie van representatie van de architectuur van het gegevensverwerkingssysteem

Het gebruikersomgevingsniveau wordt gekenmerkt door invoer- en uitvoerbeschrijvingen (generatoren van formulieren en rapporten), ontwerptalen van het domeininformatiemodel (4GL-talen), functies van hulpprogramma's en bibliotheekprogramma's en het toepassingsniveau van de communicatieomgeving op afstand informatie-uitwisselingsdiensten zijn vereist. Op hetzelfde niveau wordt de applicatieprogrammeeromgeving (toolkit) gedefinieerd: programmeertalen en -systemen, commandotalen (besturingssysteemshells), DBMS-querytalen, sessieniveaus en een representatieve communicatieomgeving.

Op het niveau van het besturingssysteem worden de componenten van de besturingsomgeving gepresenteerd die de functies van het organiseren van het verwerkingsproces, toegang tot het gegevensopslagmedium, de vensterinterface en ook de transportlaag van het communicatiemedium implementeren. Het lagere subniveau van een besturingssysteem is de kernel, het bestandssysteem, de stuurprogramma's voor hardwarebesturing en de netwerklaag van de communicatieomgeving.

Op hardwareniveau is het gemakkelijk om de componenten van hardware-architectuur te zien die bekend zijn bij computerontwikkelaars:

• systeem van instructies van de verwerker(s),
• organisatie van het geheugen,
• organisatie van input-output, enz.,

evenals een fysieke implementatie in de vorm:

• systeem bussen,
• massa geheugen banden,
• interfaces van randapparatuur,
• gegevensoverdracht laag,
• fysieke laag van de opslagomgeving.

De gepresenteerde visie op de architectuur van een open dataverwerkingssysteem verwijst naar implementaties met één machine die zijn opgenomen in een datatransmissienetwerk voor informatie-uitwisseling. Het is duidelijk dat het gemakkelijk kan worden gegeneraliseerd naar multiprocessorsystemen met scheiding van functies, evenals naar gedistribueerde gegevensverwerkingssystemen. Aangezien de componenten waaruit het systeem bestaat hier duidelijk worden geïdentificeerd, kan men zowel de interfaces van interactie van deze componenten op elk van de aangegeven niveaus als de interfaces van interactie tussen de niveaus beschouwen.

Beschrijvingen en implementaties van deze interfaces kunnen alleen worden beschouwd binnen een bepaald systeem. Dan manifesteren de eigenschappen van zijn openheid zich alleen op het externe niveau. Het belang van de ideologie van open systemen ligt echter in het feit dat het methodologische manieren opent om interfaces binnen functioneel gerelateerde groepen componenten te verenigen voor de hele klasse van systemen voor een bepaald doel of voor de hele reeks open systemen.

De interfacestandaarden van deze componenten (de facto of officieel goedgekeurd) bepalen het gezicht van massaproducten op de markt. De reikwijdte van deze normen is het onderwerp van de coördinatie van de belangen van verschillende groepen deelnemers aan het informatiseringsproces - gebruikers, systeemontwerpers, softwareleveranciers en leveranciers van apparatuur.

Hierboven werd een voorbeeld beschouwd van een architectuur van open systemen die gegevensverwerkingstechnologie implementeert. Je zou je op een vergelijkbare manier open systemen kunnen voorstellen voor alle klassen van informatietechnologie: tekstverwerking, afbeeldingen, spraak, computergraphics. Het is vooral belangrijk om open systeembenaderingen uit te werken voor multimediatechnologieën die verschillende representaties van informatie combineren. Zoals u weet, worden deze werken in het buitenland uitgevoerd door verschillende verenigingen en consortia van geïnteresseerde bedrijven en academische organisaties en internationale normalisatie-organisaties. Helaas spelen Russische specialisten in deze werken op zijn best nog steeds de rol van waarnemer.