Принципы и понятия сетевой архитектуры

Принципы и понятия сетевой архитектуры

Сетевая архитектура — это описание способов, которыми конструкторы сети соединяют в единое целое различные компоненты, получая в результате гибкую функционирующую сеть.

В период с 1977 по 1984 год профессионалы разработали модель сетевой архитектуры под названием “рекомендуемая модель взаимодействия открытых систем” (the Reference Model of Open Systems Interconnection, OSI). Термин “открытая система” означает, что свойства и структура данной системы не являются чьей-либо собственностью.

Модель OSI не возникла на пустом месте. Она базируется на модели, предложенной Международным институтом стандартов (International Standards Organization, ISO). Международный институт стандартов был основан в 1946 году. Имеющий в своем составе более 160 технических комитетов и 2300 подкомитетов и рабочих групп, он объединяет национальные организации по стандартам из более чем 75 стран мира. Американский национальный институт стандартов (ANSI) тоже является членом ISO.

Термин “рекомендуемая модель взаимодействия открытых систем” часто встречается в литературе под названием “модель ISO/OSI”, отмечая вклад ISO в ее формирование. Эта модель представляет собой образец идеальной сетевой архитектуры.

Разделение на уровни

Модель ISO/OSI использует деление на уровни, чтобы организовать общее представление о структуре сети в виде четко определенных, взаимосвязанных модулей.

В сети, поделенной на уровни, каждый уровень служит для исполнения определенной функции или службы сети по отношению к окружающим соседним уровням. Каждый уровень защищает соседний от избыточной информации, способной просочиться от более низкого уровня наверх. Каждый уровень заботится только о своем интерфейсе с соседним. На рис. 1 изображены уровни в том виде, в каком они определены в модели ISO/ OSI.

Рис. 1. Сетевые уровни в модели ISO/OSI.

Каждый сетевой уровень обеспечивает связь для вышележащего уровня. Грамотно спроектированный уровень должен скрывать все особенности своего функционирования от вышележащего.

Сетевые протоколы

Каждая программа, претендующая на работу в сети, должна следовать определенным правилам для приема и передачи сетевых данных. Сети состоят из функциональных модулей, имя которым “уровни”. Протокол — это набор правил для передачи и приема сообщений между уровнями. В сети, состоящей из набора уровней, каждый уровень следует строго определенным правилам и обеспечивает обмен между окружающими его сверху и снизу уровнями. На рис. 2 изображена простая сеть, созданная на основе модели ISO/OSI. Сеть состоит из двух компьютеров, которые, в свою очередь, составлены из уровней. Стрелки, соединяющие уровни, показывают путь следования данных в сети.

Рис.2. Два компьютера в простой компьютерной сети, основанной на модели ISO/OSI.

Следуя правилам модели ISO/OSI, нужно называть протоколы, действующие на разных уровнях, именами соответствующих уровней. Например, протокол транспортного уровня будет носить название “транспортный протокол”. Протокол сетевого уровня иначе называется “сетевой протокол”.

Общение близлежащих уровней между собой иногда называется “обмен сообщениями” (conversations). Например, транспортный уровень обменивается сообщениями с сетевым уровнем и наоборот. Правила обмена сообщениями диктуются определенным протоколом.

Равноправный процесс и виртуальное соединение.

Когда два компьютера в сети общаются друг с другом, это значит на самом деле, что каждый из сетевых уровней в них обменивается сообщениями с себе подобным: такие уровни принято называть “равноправными” (peer process). На рис. 3 сообщения между равноправными уровнями изображены пунктирными стрелками.

Рис. 3. Сетевая модель с изображенными равноправными процессами.

Рис. 2.4. Сетевая модель с изображенным на ней физическим путем данных

Сообщения между равноправными процессами виртуальны по своей природе. На деле реальная передача данных происходит только на самом нижнем, физическом уровне, то есть там, где находится передающий электрические сигналы провод. Связь между компьютерами на физическом уровне называется иначе “физическое соединение”.

Когда два компьютера общаются друг с другом — это значит, что между собой общаются различные сетевые уровни. На самом деле данные путешествуют сверху вниз по направлению к физическому уровню сетевой модели. В рамках физического уровня данные передаются горизонтально по физическому носителю (коммуникационному каналу) к компьютеру-получателю сообщения. Полученные данные двигаются затем вверх по уровням сетевой модели. На рис. 4 изображен физический путь данных.