Часть VIII

8.3. Многоуровневая архитектура OSI RM и принципы ее функционирования

    Проблема взаимосвязи открытых систем чрезвычайно сложна. Она охватывает весь спектр механизмов взаимосвязи распределенных сущностей, включая как обмены данными на физическом уровне, так и обмены информацией между прикладными процессами. Для того, чтобы справиться с этой сложностью в основу построения функциональной архитектуры OSI RM положен принцип иерархической декомпозиции. Т.е. все функции взаимосвязи разбиты на отдельные уровни, таким образом, чтобы сгруппировать в рамках одного уровня логически тесно связанные функции и минимизировать, тем самым, межуровневые взаимодействия. При этом также достигается взаимная независимость реализаций уровней друг от друга при сохранении неизменности межуровневых интерфейсов.

    Принцип разбиения на уровни (layers) функциональной среды открытых систем в модели OSI RM иллюстрируется на рис.8.3.

Рис. 8.3. Разбиение на уровни функциональной среды открытых систем

    Для описания поуровневой архитектуры функциональной среды OSI RM вводятся следующие определения:

    (N)-подсистема ((N)-subsystem): элемент иерархической структуры открытой системы, выполняющий функции взаимосвязи, соответствующие уровню (N), и взаимодействующий с элементами данной системы, относящимися к непосредственно более высокому или более низкому уровням (каждая открытая система имеет одну и только одну (N)-подсистему).

    Заметим, что (N)-подсистема может состоять из одной или нескольких сущностей.

    (N)-уровень ((N)-layer): подмножество архитектуры OSI RM, образованное всеми (N)-подсистемами, т.е. подсистемами одного и того же (N)-уровня (допускается подразделение уровня на подуровни).

    (N)-сущность ((N)-entity): некоторый активный элемент внутри некоторой (N)-подсистемы, обладающий некоторым набором функциональных возможностей, определенных для (N)-уровня и соответствующих конкретному типу (N)-сущностей.

    Тип (N)-сущности ((N)-entity-type): описание класса (N)-сущностей, определяющее их функциональные возможности в рамках (N)-уровня.

    Одноранговые (N)-сущности (peer-(N)-entities): сущности, взаимодействующие в границах одного и того же (N)-уровня.

    (N)-сервис ((N)-service): функциональные возможности (N)-уровня и нижележащих уровней, которые могут быть предоставлены (N+1)-сущности на границе между (N)-уровнем и (N+1)-уровнем.

    (N)-средство ((N)-facility): некоторая часть (N)-сервиса.

    (N)-функция ((N)-function): часть активности (N)-сущности (возможные действия (N)-сущности, в том числе по реализации некоторого (N)-сервиса).

    (N)-точка доступа к сервису ((N)-service-access-point или (N)-SAP): точка, в которой (N)-сущность предоставляет (N)-сервис (N+1)-сущности.

    По существу (N)-SAP - это порты, через которые сущности (N)- и (N+1)-уровней обмениваются управляющей информацией и данными на границе между ними.

    (N)-протокол ((N)-protocol): набор правил поведения (N)-сущностей и форматов обмениваемых данных, определяющих взаимосвязь (N)-сущностей при выполнении ими (N)-функций.

    Активация (экземпляр, вызов) (N)-сущности ((N)-entity-invocation): конкретное использование части или всех функциональных возможностей данной (N)-сущности.

    (N)-соединение ((N)-connection): связь, устанавливаемая (N)-уровнем между двумя или более (N+1)-сущностями для передачи данных между ними.

    Поставщик (N)-сервиса или (N)-поставщик сервиса ((N)-service provider): одна или несколько (N)-сущностей, которые обеспечивают реализацию некоторого (N)-сервиса для (N+1)-сущности.

    Как видно из введенных выше определений в модели OSI RM существенным является различие между понятиями типа сущности и активации сущности. Под типом понимается описание класса сущностей, т.е. описание функциональности сущностей данного класса, а под активацией сущности понимается случай конкретного использования этой функциональности в конкретный момент времени в конкретном контексте.

    Заметим, что реальная связь и обмен данными происходят между активациями (экземплярами, вызовами) сущностей, а не между их типами. Однако с целью упрощения изложения при описании функционирования рассматриваемой модели мы иногда можем говорить о взаимосвязи просто сущностей, понимая под этим взаимодействия, происходящие между их некоторыми активациями.

    На рис.8.4. иллюстрируется взаимосвязь введенных выше понятий.

Рис.8.4. Взаимосвязь основных понятий для описания принципа поуровнего представления OSIE

    Таким образом, разработанный в рамках эталонной модели механизм поуровневой декомпозиции взаимосвязи систем позволяет представить любую функцию взаимосвязи в виде декомпозиции унифицированных горизонтальных и вертикальных взаимодействий (N)-сущностей в функциональной среде OSIE.

    Правила горизонтальных взаимодействий (N)-сущностей на (N)-уровне называются (N)-протоколом. Для взаимосвязи между (N)-сущностями может быть определено несколько (N)-протоколов. Каждый (N)-протокол определяет синтаксис и семантику взаимодействия (N)-сущностей. Реализуется такое взаимодействие посредством обмена так называемыми (N)-протокольными блоками данных между (N)-сущностями, для чего может потребоваться (N-1)-соединение. Описание (N)-протокола определяет форматы блоков данных, обмениваемых между (N)-сущностями, включая назначение и свойства отдельных полей блоков данных, а также определяет временное и логическое упорядочивание обмениваемых по протоколу данных.

    Протокольное взаимодействие сущностей, принадлежащих любому уровню, за исключением самого нижнего, является логическим или виртуальным, так как каждый акт взаимосвязи между такими (N)-сущностями реализуется посредством обращения к некоторому сервису, предоставляемому нижележащим (N-1)-уровнем.

    Вертикальные взаимодействия (N+1)- и (N)-сущностей в среде OSIE, осуществляемые на границах (N)-подсистем, реализуют отображение (N+1)-протокольных блоков данных, передаваемых по (N+1)-протоколу, в (N)-протокольные блоки данных некоторого (N)-протокола. Такое отображение, как будет показано ниже, реализуется с помощью механизма (N)-сервисных блоков данных, проходящих без изменения через границу (N)-уровня как в системе, являющейся источником блока данных, так и в системе-получателе. Это позволяет использовать функциональные возможности (N)-уровня, т.е. (N)-сервис, для реализации функций (N+1)-уровня.

    Модель OSI RM строится таким образом, что для самого высокого уровня в архитектуре OSI RM не существует обслуживаемых им сущностей еще более высокого уровня, т.е. предоставление услуг прикладным процессам осуществляется в рамках наивысшего уровня модели OSI RM, а не на его границе, как это определено для всех других уровней. Другой особенностью модели OSI RM является то, что для самого нижнего уровня не существует обслуживающих его (N-1)-сущностей, так как подразумевается, что между (N)-сущностями самого нижнего уровня существует непосредственная связь через физическую среду OSI.

    Рассмотрим общую схему функционирования описанной выше поуровневой архитектуры функциональной среды взаимосвязи открытых систем модели OSI RM.

    В процессе выполнения активации (N+1)-сущности она может через одну или несколько (N)-SAP запросить некоторый (N)-сервис, как, например, установление (N)-соединения с другой (N+1)-сущностью для обмена с ней данными. В этом случае связанная с (N)-SAP (N)-сущность должна предпринять попытку с помощью некоторой (N)-функции реализовать запрашиваемый (N)-сервис. Если данный (N)-сервис может быть реализован только совокупностью (N)-сущностью, то для обеспечения их совместной работы в свою очередь потребуется использование некоторого (N-1)-сервиса (как отмечалось выше, это верно для всех (N)-уровней, за исключением низшего уровня).

    В итоге (N)-сущности, принадлежащие высшему уровню архитектурной иерархии модели OSI RM, непосредственно (т.е. в границах высшего уровня, а не на его внешней границе) предоставляют прикладным процессам (точнее, их активациям) полный набор функциональных возможностей, обеспечиваемый всеми уровнями модели OSI RM.

    Обмен данными между (N+1)-сущностями может осуществляться двумя способами:

1) посредством передачи (односторонней, попеременной, двусторонней) блоков данных через границу с (N)-уровнем (через некоторую точку (N)-SAP) по (N)-соединению или

2) посредством передачи для сущности, являющейся объектом назначения, через некоторую точку (N)-SAP независимого функционально самодостаточного блока данных или датаграммы (datagram), который должен быть доставлен адресату без установления (N)-соединения.

    Как отмечалось, правила обмена данными (порядок, форматы, синхронизация) между (N)-сущностями регламентируются (N)-протоколом. При этом взаимодействие между (N)-подсистемами может осуществляться по нескольким (N)-протоколам.

    В случае отсутствия (N)-протокола для непосредственного взаимодействия между (N)-сущностями, возможно использование (N)-сущности (посредника), с которой у исходных сущностей имеется непосредственная связь с помощью соответствующих (N)-протоколов и которая может выполнять функцию ретрансляции одних правил обмена в другие.

    Заметим, что не все открытые системы являются источниками и потребителями передаваемой информации (например, промежуточные узлы подсетей связи). Такие отрытые системы называются ретрансляторами (relay-системами). В этом случае они могут не включать некоторые верхние уровни архитектуры модели OSI RM.

    Также отметим, что в модели OSI RM проводится четкое разделение между такими фундаментальными понятиями как сервис (service), интерфейс (interface) и протокол (protocol). Сервис определяет функциональность соответствующего уровня модели. Интерфейс определяет способ взаимодействия сущностей, принадлежащих двум смежным уровням одной открытой системы. Протокол отражает логику и форматы взаимодействия одноранговых (одноуровневых) сущностей при реализации ими (N)-сервиса. В модели OSI RM предполагается стандартизация спецификаций только сервисов и протоколов. Интерфейсы рассматриваются как сущности потенциально зависимые от методов реализации.