3. СТАНДАРТИ У ГАЛУЗІ СИСТЕМ І МЕРЕЖ ПЕРЕДАВАННЯ ДАНИХ3.1. Проблеми стандартизації в галузі передавання даних Роль систем передавання даних у сучасному суспільстві з кожним роком зростає. Перші системи передавання даних будували за індивідуальним замовлення по закритій структурі. В міру збільшення замовлень на будівництво систем передавання даних, постало питання про серійне виготовлення технічного обладнання цих систем; первинних і вторинних перетворювачів електричних сигналів, апаратури передачі даних і т.п. А це вже вимагало розробки певних стандартів на ці технічні засоби, інтерфейси зв'язку між ними, вироблення певних правил та алгоритмів за якими здійснюється обмін інформацією між окремими компонентами системи. Технічні засоби систем електрозв'язку зорієнтовані на певне фізичне середовище, а це вже висуває конкретні вимоги до технічних характеристик, які повинні мати лінії зв'язку (коаксиальні кабелі, кабелі на основі скручених пар, волокнисто-оптичні кабелі). Особливо гостро питання стандартизації постало при появі сучасних цифрових систем електрозв'язку з різнорідним трафіком та великим числом різноманітних абонентів. Стандарти в галузі електрозв'язку дозволяють використовувати для побудови мереж передачі даних стандартне технічне обладнання та програмне забезпечення, без великих затрат змінювати структуру мережі, збільшувати або зменшувати число абонентів, об'єднувати різнорідні мережі між собою, створювати мережі, які охоплюють великі території ( держави, континенти, частини світу). Сучасні системи електрозв'язку будуються у відповідності з вимогами взаємодії відкритих систем. При цьому як базову використовують еталонну модель взаємодії відкритих систем OSI. Відритою системою називається система, яка складається з окремих модулів і структура якої може змінюватися в залежності від галузі застосування та виконуваних функцій. Відкриті системи будують у відповідності з загальнодоступними специфікаціями та стандартами, які використовують зацікавлені виробники.3.2. Джерела стандартів в галузі передавання данихВ галузі передавання даних використовують наступні види стандартів: Стандарти окремих фірм-виробників. Стандарти спеціальних комітетів і об'єднань (галузеві стандарти). Національні стандарти (державні стандарти - ДЕСТи). Міжнародні стандарти. Міжнародні стандарти розробляють і затверджують різні міжнародні організації та комітети. Найбільших успіхів у розробці стандартів в галузі передавання даних досягнули Міжнародна організація зі стандартизації (ISO), Міжнародна спілка електрозв'язку (ITU), Інститут інженерів з електротехніки і радіоелектроніки (ІЕЕЕ), Європейська асоціація виробників комп’ютерів (ЕСМА), Асоціація електронної промисловості (ЕІА), Міністерство оборони США (DoD) та Професійне співтовариство Internet (ISOC). Міжнародна організація зі стандартизації ISO є асоціацією національних організацій різних держав з питань стндартизації. Найбільшим її досягненням в галузі передавання даних є розроблена модель взаємодії відкритих систем OSI, яка стала основою для розробки стандартів нових технологій як локальних так і глобальних мереж. Міжнародна спілка електрозв'язку ITU є спеціальним органом організації об’єднаних націй. Сектор телекомунікації ITU-T цієї спілки відповідає за розробку стандартів у галузі передавання даних, електронної пошти та мультимедійного трафіку. Комітет 802 Інституту інженерів з електротехніки і радіоелектроніки США розробив сімейство стандартів ІЕЕЕ 802.х в галузі локальних мереж передавання даних, які були покладені в основу міжнародних стандартів ISO 8802-1….8802-5. Європейська асоціація виробників комп’ютерів ЕСМА розробляє стандарти в галузі комп’ютерної техніки і комунікаційних технологій. Асоціація електронної промисловості ЕІА є органом виробників електронного і мережевого обладнання Сполучених Штатів Америки і займається розробкою стандартів для мережевих компонентів. Найбільш відомою її розробкою є інтерфейс RS-232C. Підрозділи Міністерства оборони США є піонерами в розробці стандартів у галузі комп’ютерної техніки та мереж передавання даних. Найбільш відомим стандартом цієї організації, який успішно використовується з кінця 70-их років минулого століття до наших днів є стек комунікаційних протоколів ТСР/ІР. Професійне співтовариство Internet ISOC контролює розробки доповнень до стеку протоколів ТСР/ІР і стандартів в мережі Internet. Офіційні стандарти Internet публікуються інженерним підрозділом IETF цього співтовариства у вигляді документів RFC.3.3. Еталонна модель взаємодії відкритих систем OSIНа початку 80-их років ряд міжнародних організацій під егідою Міжнародної організації зі стандартизації ISO розпочав роботи над розробкою еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI. При цьому за зразок ієрархічної відкритої системи був узятий комп'ютер. Модель будувалася з врахуванням тогочасних розробок у галузі комп'ютерних мереж, в т.ч. стеку протоколів TСP/IP. Перед розробниками стояла задача формалізувати процедуру обміну інформацією між абонентами мережі з врахуванням усіх можливих факторів: великого числа різноманітних абонентів, використання різнорідних локальних і глобальних мереж, різних видів фізичного середовища передавання даних, різних типів термінального обладнання, апаратури передачі даних і т.п. Ідея моделі OSI полягала в тому, що ієрархічна відкрита система розбивається на окремі рівні, кожний з яких складається з декількох модулів і підсистем. Завдяки тому, що кожний рівень виконує свої функції, загальна задача передачі даних розбивається на ряд окремих задач. Функції кожного рівня можуть реалізовуються програмними, апаратними або програмно-апаратними засобами. Як правило, реалізація функцій верхніх рівнів здійснюється програмами, а нижніх - технічними пристроями. В моделі OSI процедура взаємодії двох систем описується у вигляді набору правил взаємодії кожної пари модулів відповідних рівнів цих систем (вузлів мережі). Слід зауважити, що формалізовані правила, які визначають формат і послідовність повідомлень, якими обмінюються модулі одного рівня різних вузлів, називаються протоколом, а формалізовані правила, які визначають формат і послідовність повідомлень, якими обмінюються модулі різних рівнів одного вузла - інтерфейсом. По суті протокол та інтерфейс виражають одне і те ж поняття, але традиційно в мережах за ними закріпили різні області дії. Протоколи визначають правила взаємодії модулів одного рівня різних вузлів, а інтерфейси - модулі сусідніх рівнів в одному вузлі. Засоби кожного рівня відпрацьовують як свій власний протокол, так і інтерфейси з сусідніми рівнями свого вузла. Структура розробленої еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI приведена на рис. 3.1. Модель OSI поділяє всі процеси, які мають місце при обміні інформацією між двома відкритими системами мережі на сім рівнів: прикладний, перетворення даних, сеансовий, транспортний, канальний і фізичний. Найвищий 7-ий рівень моделі OSI надає користувачу доступ до ресурсів мережі шляхом використання стандартних програмних засобів, які реалізовують різні служби мережі: файлову, факсимільну, друку, віддаленого доступу, електронної пошти, емуляції терміналів, гіпертекстової інформації і т.п. Шостий рівень відповідає за кодування і представлення інформації в мережі. Функції цього рівня обумовлені тим, що комп'ютери мережі можуть працювати в різних кодах, використовувати різні алгоритмічні мови, формати даних, передача даних може здійснюватися в спеціальних кодах. На цьому рівні здійснюється трансляція повідомлень і перетворення форматів, редагування тексту і графічних зображень, шифрація і дешифрація даних для забезпечення їх секретності. П'ятий сеансовий рівень відповідає за взаємодію різних вузлів мережі. Він забезпечує обмін структурованими повідомленнями між розподіленими прикладними процесами, здійснює синхронізацію мережевого часу, вставляє у довгі повідомлення контрольні точки для збільшення надійності їх передачі.ТРАНСПОРТНИЙЧетвертий, транспортний рівень призначений для організації незалежної від технічних засобів мережі передачі даних від одного вузла (джерела повідомлення) до іншого (одержувача повідомлення). Він забезпечує можливість адресації кінцевого обладнання мережевим рівнем, відповідає за надійність передавання і цілістність даних, впорядковує пакети за їх номерами, виявляє пакети, які не були розпізнані маршрутизаторами і генерує запити на їх ретрансляцію. Третій, мережевий рівень служить для утворення єдиної транспортної системи, що об'єднує декілька мереж, які можуть використовувати різні принципи передачі повідомлень. Він відповідає за передачу даних між мережами і визначає маршрут між джерелом і одержувачем повідомлень, які розміщені у різних мережах, розділених маршрутизаторами. Мережевий рівень вирішує задачі узгодження різнорідних мереж і спрощення адресації у крупних мережах. Повідомлення мережевого рівня називають пакетами. Кожний пакет містить адресу одержувача пакету, яка складається із адреси мережі і адреси вузла цієї мережі. Протоколи мережевого рівня реалізовуються як системними програмами кінцевих вузів мережі, так і маршрутизаторами. Другий, канальний рівень призначений для керування каналом передавання даних. При передаванні даних у мережу він на основі отриманих від верхніх рівнів повідомлень формує кадри потрібного формату і доповнює їх службовою інформацією, необхідною для успішної передачі даних по мережі. Виконує, при необхідності, кодування даних завадостійким кодом, керує доступом до фізичного середовища і потоком даних на рівні каналу. При прийманні даних другий рівень формує із потоку бітів кадр даних, виявляє і коректує помилки передачі. Функції канального рівня реалізуються мережевим адаптером та його програмою-драйвером. Перший, фізичний рівень забезпечує передачу даних по фізичних лініях зв'язку, таких як коаксиальний кабель, вита пара, оптоволоконний кабель або цифровий територіальний канал. Цей рівень приймає кадр даних у вигляді послідовності біт від канального рівня, здійснює, при необхідності, їх модуляцію та лінійне кодування і передає в мережу. Фізичний рівень також відповідає за побітове приймання з мережі вхідних потоків і передавання їх канальному рівню. Перший рівень визначає механічні і електричні характеристики та фізичний інтерфейс для підключення технічного обладнання до кабелів лінії зв'язку. Функції першого рівня реалізуються мережевим адаптером та засобами під'єднання до фізичного середовища із заданими технічними характеристиками. Три верхніх рівні - прикладний, перетворення даних та сеансовий - орієнтовані на задачі користувача і мало залежать від технічних особливостей побудови мережі. На протоколи цих рівнів мало впливають перехід на іншу технологію, зміну топології чи технічних засобів. Їх функції реалізовуються, як правило, системними програмами мережевих операційних систем. Три нижніх рівні - мережевий, канальний і фізичний - є мережезалежними. Протоколи їх роботи тісно пов'язані з технологією та технічною реалізацією мережі і використовуються комунікаційним мережевим обладнанням. Реалізовуються вони як програмними, так і технічними засобами. Транспортний рівень є проміжний між верхніми і нижніми рівнями. Він закриває всі деталі функціонування нижніх рівнів від верхніх. Це дозволяє розробляти незалежні від технічних засобів нижніх рівнів мережеві програмні додатки верхніх рівнів. Отримавши повідомлення від джерела інформації модулі прикладного рівня згідно із своїми протоколами формують повідомлення стандартного формату, яке складається із поля даних і заголовка. Заголовок містить службову інформацію (СІ) для прикладного рівня вузла-адресата. Прикладний рівень передає сформоване повідомлення згідно з відповідним інтерфейсом рівню перетворення даних, який на основі аналізу заголовка виконує необхідні дії і формує заголовок для шостого рівня адресата. Сформоване таким чином повідомлення передається сеансовому рівню, модулі якого в свою чергу виконують з цим повідомленням необхідні дії, формують службову інформацію для п'ятого рівня адресата і передають четвертому рівню свого вузла і т.д. Модулі фізичного рівня перетворюють отриману від канального рівня послідовність біт у послідовність електричних сигналів і передають її через фізичне середовище фізичному рівню вузла-адресата. Рівні адресата послідовно обробляють отримане із лінії зв'язку повідомлення і передають його вверх до прикладного рівня. При цьому модулі кожного рівня адресата виконують необхідні дії на основі аналізу призначеної їм службової інформації, ліквідовують цю інформацію і передають повідомлення вищому рівню. Прикладний рівень відтворює первинне повідомлення і передає його одержувачу. Еталонна модель взаємодії відкритих систем описана міжнародним стандартом ISO 7498. Організація обміну даними між абонентами згідно моделі OSI дозволяє використовувати при побудові мереж стандартні програмні та апаратні засоби, без великих затрат змінювати структуру мережі, збільшувати або зменшувати число її абонентів та з'єднувати між собою мережі, побудовані за різними мережевими технологіями. Правила взаємодії вузлів мережі передавання даних описуються стеком (набором) комунікаційних протоколів. Різні технології мереж передавання даних описують взаємодію своїх абонентів з допомогою свого стеку комунікаційних протоколів, який не завжди відповідає моделі OSI. Це обумовлено тим фактором, що модель OSІ була розроблена на основі узагальнення функцій вже існуючих наборів комунікаційних протоколів. Тому протоколи, які були впроваджені в експлуатацію до появи моделі OSІ охоплюють не всі рівні, описані моделлю OSІ. Якщо нижні рівні цих стеків, які відповідають за передавання даних у фізичне середовище, здебільшого співпадають, то верхні рівні можуть відрізнятися. Так, у більшості стеків комунікаційних протоколів функції трьох верхніх рівнів зведені в одному прикладному рівні.