Протокол, интерфейс, стек протоколов

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть необходимо организовать согласованную работу двух иерархий, работающих на разных компьютерах.

Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи битов – до самого высокого, реализующего сервис для пользователя. Декомпозиция предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Взаимодействие одноименных функциональных уровней по горизонтали осуществляется посредством протоколом. Протоколом называется набор правил и методов взаимодействия одноименных функциональных уровней объектов сетевого обмена. Взаимодействия функциональных уровней по вертикали осуществляется через интерфейсы. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему уровню. Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета информации через сеть от клиентской программы, работающей на одном компьютере ПК 1, к клиентской программе, работающей на другом компьютере ПК 2, можно условно представить в виде последовательной пересылки этого пакета сверху вниз от верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, к нижнему уровню, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер ПК 2 и обратной передачи верхнему уровню уже на ПК 2. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами – концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В зависимости от типа устройств в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. В сети Интернет базовым набором протоколов является стек протоколов TCP/IP.

1.3. Открытые системы и модель osі-iso

1.3.2. Семиуровневая эталонная модель osі. Модель osі-iso

Эталонная модель OSІ (Open System Interconnection - OSI), разработанная в 1984 году Международной организацией по стандартизации (International Organization of Standardization – ISO), является определяющим документом концепции разработки открытых стандартов для организации соединения систем. Открытая система - система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Семиуровневая эталонная модель “Взаимосвязь открытых систем” была разработана с целью упрощения взаимодействия устройств в сетях. Семиуровневая эталонная модель представляет собой рекомендации (разработчикам сетей и протоколов) для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов, и служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Рекомендации стандарта должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей. Семиуровневая эталонная модель OSI определяет семь уровней взаимодействия систем в сетях с коммуникацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Каждый уровень функционирует независимо от выше - и нижележащих уровней. Каждый уровень может общаться с непосредственным соседним уровнем, однако он полностью изолирован от прямого обращения к следующим уровням. Семиуровневая эталонная модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. В соответствии с семиуровневой эталонной моделью сетевая система представляется прикладными процессами и процессами взаимодействия абонентов. Последние разбиваются на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. При запуске на компьютере любого приложения, для функционирования которого требуется диалог с сетью, это приложение вызывает соответствующий протокол прикладного уровня сетевого программного обеспечения. Прикладной уровень формирует сообщение стандартного формата. Обычно сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню компьютера-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. Поле данных содержит данные, необходимые для выполнения этой работы. После формирования сообщения  прикладной уровень направляет его вниз к представительному уровню. Представительный уровень, 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 представительного уровня машины-адресата. Полученное сообщение отправляется вниз сеансовому уровню, который добавляет свой заголовок и т.д. до физического уровня, который передает сформированное сообщение по линиям связи. К этому моменту сообщение имеет заголовки всех уровней. Когда сообщение поступает в компьютер - адресат, оно принимается физическим уровнем и последовательно передается вверх с уровня на уровень. Причем каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню. Более подробно функциональные уровни семиуровневой эталонной модели рассмотрены в разделе Стандартные коммуникационные протоколы