1. SÍTĚ PRO DATOVOU KOMUNIKACI A NORMY PRO OTEVŘENÉ SYSTÉMY Úvod. Identifikace různých aplikací počítačových sítí • Oblasti soudobého využití počítačů: Počítačové hry a editace textů V kancelářích editace textů, distribuce tiskových sestav a management databází V bankách a jiných finančních institucích vedení účtů klientů V cestovních agenturách rezervace letenek a další rezervace Ve školách nižších a středních stupňů pro počítačově řízenou výuku Na universitách a v ostatních výzkumných institucích pro analýzu vědeckých a dalších experimentálních údajů Ve zpracovatelském průmyslu pro řízení chemických a jiných provozů Ve výrobních závodech pro ovládání obráběcích strojů a robotů V resortních skladech pro evidenci skladového účetnictví
• Izolované a síťové využívání počítače Využití počítače doma Přenos datových souborů z jednoho osobního počítače do jiného počítače Přístup k informacím z veřejné databáze prostřednictvím komutované telefonní sítě V kanceláři pro výměnu elektronické pošty buď v rámci stejné instituce nebo mezi různými institucemi
1
V bankovních institucích pro převody finančních hotovostí z jednoho počítače banky do druhého počítače jiné banky U cestovních kanceláří přístup k rezervačním systémům různých leteckých společností U základních a středních škol sdílené využití drahých periferních zařízení jako např. laserových tiskáren V universitách a v jiných výzkumných institucích přístup k výsledkům produkovaným vzdálenými superpočítači Ve zpracovatelském průmyslu koordinace řízení obráběcích strojů továrny Ve výrobě řízení přepravy dílčích výrobků a příslušných údajů z jedné automatizované jednotky ke druhé V rezortních skladech pro řízení zásob a automatické objednávání zboží
• Specifické úkoly datové komunikace dvou počítačů při dané aplikaci Odlišná data a současně dostupné počítačové sítě Detaily HW a SW nárokované každým počítačem pro styk s tímto prostředím Způsob kooperace aplikačních programů zpracovávaných různými počítači s různou délkou slov a s různými abecedami zaručující plnění specifických distribuovaných aplikačních funkcí. Tři základní funkce počítačové komunikace znázorňuje obr.1.1
Obr. 1.1 Schéma počítačové komunikace 2
Základní požadavek všech aplikací zahrnujících dva nebo více počítačů spočívá v zajištění vhodných prostředků pro datovou komunikaci. Nicméně v praxi se pro každou specifickou aplikační sféru dá využít široká paleta různých typů komunikačních prostředků. Pokud je třeba například přenést datový soubor jednoho počítače do jiného podobného počítače v jedné místnosti nebo v jedné kanceláři, pak komunikační vybavení bude mnohem jednodušší než v případě, kdy data mají být přenášena mezi různými počítači v různých lokalitách. Bez ohledu na typ použitého telekomunikačního vybavení se u většiny datových aplikací využívá k přenosu dat mezi počítači sériový režim formou bitů. Protože přenos dat mezi subsystémy počítače se realizuje v paralelním režimu formou slov, je třeba před výstupem dat z počítačového rozhraní realizovat paralelněsériovou konverzi a inverzní sériově-paralelní konverzi na vstupu. Rovněž typ přenosového režimu a požadované obvody jsou různé a závislé na fyzické separaci počítačů a rychlosti datového přenosu. Jakmile přenos dat probíhá mimo počítač, vzroste pravděpodobnost vzniku chybných respektive narušených bitů. Z těchto důvodů je třeba u mnoha aplikací použít nejen prostředky pro detekci výskytu chybně přenesených bitů, ale také zaručit způsob pořízení jiné (spolehlivé) kopie narušených dat. Tento proces je znám jako kontrola chyb (error kontrol) a patří k jednomu z požadavků na přenos mezi dvěma počítači. Další problém se týká úpravy rychlosti přenášených dat který je znám pod označením řízení přenosu datového toku (flow kontrol) a pokud je použita spojová datová sít, utvoření komunikačního spojení v rámci této sítě. V některých situacích se pro komunikaci mezi počítači dá použít přímo aplikační SW, zatím co v jiných musí být použity přídavné funkce. V některých aplikacích se mohou vyskytovat odlišné počítače, z čehož vyplývá odlišná reprezentace znaků a numerických hodnot. Proto musí být v každém počítači zajištěna správná interpretace přenášených dat. Počítače mohou rovněž využívat různé operační systémy, kdy například jeden malý 3
počítač slouží jedinému uživateli, zatím co druhý velký systém je určen pro mnohonásobný přístup. To znamená, že rozhraní mezi uživatelskými (aplikačními) programy- normálně označovanými jako aplikační procesy AP a komunikačními službami uvažovaných počítačů bude také odlišné. Pokud se má mezi počítači realizovat přenos dat, pak je třeba všechny tyto aspekty brát v úvahu.
1.1 Sítě pro přenos dat Typ zařízení použitého pro datovou komunikaci závisí na povaze aplikace, na počtu angažovaných počítačů a na jejich fyzické separaci. Typická zařízení pro datovou komunikaci jsou prezentována v obr.1.2. až 1.6. Pokud dvojice angažovaných počítačů se nachází ve stejné místnosti nebo stejné kanceláři, pak přenosové zařízení může reprezentovat pouze jednoduché metalické propojení obou koncových bodů, jak je uvedeno v obr.1.2(a). Když jsou ale počítače umístěny v různých částech města nebo země, pak se musí použít prostředky veřejných spojů (public carrier). Běžně tyto prostředky zahrnují veřejné komutované telefonní sítě (PSTN), které nárokují modemy pro přenos dat. Obecné uspořádání je znázorněno v obr.1.2(b).
Obr1.2 4
Pokud je v aplikaci angažován větší počet počítačů než dva, pak pro vzájemnou komunikaci počítačů v kteroukoliv dobu slouží komutované prostředky (sítě). Pokud jsou všechny počítače distribuovány v jediné kanceláři nebo v jedné budově, pak je možné instalovat vlastní síť. Taková síť je známá jako datová síť lokální oblasti a používá se pro ni zkratka LAN (local area data network). K dispozici je celá řada takových LAN a přidružených prostředků. Dva systémy na bázi LAN jsou uvedeny v obr.1.3.
Obr.1.3
5
Pokud jsou počítače alokovány v různých podnicích (odlišných místech), pak musí být použity opět veřejné komunikační prostředky. Výsledná síť je známá pod označením síť rozsáhlé oblasti a používá se pro ni zkratka WAN (wide area network). Typ použité WAN závisí na povaze aplikace. Jestliže například všechny počítače budou patřit jednomu podniku a vznikne potřeba přenosu velkých objemů dat mezi dislokovanými pracovišti podniku, pak jednoduchým řešením bude pronájem přenosových okruhů od veřejné správy spojů a instalace soukromé spojovací ústředny. Takové síti se říká soukromá rozsáhlá celopodniková síť (enterprisewide private network). Mnohé velké organizace volí toto řešení; takové sítě běžně sdružují telefonní a datový komunikační provoz. Obecné schéma je uvedeno v obr.1.4.
Obr.1.4 6
Takové řešení je přijatelné pouze pro velké organizace, protože mezi jednotlivými dislokovanými pracovišti bývá dostatečně velký provoz ospravedlňující cenu pronajatých spojů, instalaci a chod soukromé sítě. U většiny ostatních případů se musí použít veřejné telekomunikační sítě. Kromě provozování veřejných komutovaných telefonních služeb většina dnešních veřejných správ spojů poskytuje veřejnou komutovanou datovou službu. Vlastně takové sítě k jakým patří PSTN jsou v dnešní době mezinárodně propojovány a byly a jsou speciálně navrhovány pro přenos dat spíše než pro přenos hovorů. V důsledku toho se pro aplikace zahrnující distribuované počítače v rámci státu nebo i v mezinárodním měřítku normálně využívají veřejné komutované datové sítě PSDN (public switched data network). Mnohé veřejné správy spojů v dnešní době alternativně přebudovávají existující PSTN sítě tak, aby bylo možné přenášet data bez modemů. Výsledné sítě, které jsou provozovány ve zcela digitalizovaném režimu jsou známy pod označením digitální sítě integrovaných služeb ISDN (integrated services digital network). ISDN se dnes široce uplatňují. Generální schémata představuje obr.1.5.
Obr.1.5
7
Ve všech těchto aplikacích se předpokládá, že všechny počítače jsou připojeny ke stejné LAN nebo WAN. Nicméně v některých aplikacích slouží zařízení pro přenos dat k propojování složitějších sítí typu LAN-WAN-LAN. Například pracovní stanice (počítač) připojená k LAN jedné organizace může vyžadovat komunikaci se dvěma LANy propojenými řekněme pomocí PSDN. Tento typ komunikační sítě známý jako internetová síť či krátce jako internet vyžaduje řešení dalších problémů spjatých jak se vztahem k vlastní síti. tak s rozhraním počítačů připojených k této síti.. Přiklad takové sítě je uveden v obr.1.6.
Obr.1.6 Sítě o kterých jsme dosud hovořili byly převážně navrhovány pro přenosy dat mezi pracovními stanicemi, které podporují pouze služby pro přenos dat. Teprve nedávno byly vyvinuty pracovní stanice, které podporují služby zahrnující nejen služby 8
pro přenos dat, ale i celou řasu služeb pro přenosy jiných informací. Tyto pracovní stanice slouží obrazové telefonii, videokonferencím a mnoha dalším multimediálním službám. Pro podporu takové bohaté palety služeb byla vyvinuta nová generace sítí známá jako širokopásmové sítě multimediálních služeb (broadband multiservise network), kde termín „širokopásmový“ (broadband) vyjadřuje užití vysokých přenosových (bitových) rychlostí. Z důvodu rozdílů mezi datovou, hovorovou a obrazovou komunikací byl pro přenos a přepojování v těchto sítích přijat nový přístup. Ten je znám jako asynchronní režim přenosu ATM (asynchronous transfer mode). V tomto provozním režimu pracují dnešní ATM LANy. Pro propojování takových LANů byla vyvinuta nová generace ATM WANů. Kromě toho byl pro propojování ATM LANů a LANů pro přenos dat distribuovaných v rámci města nebo jeho centra zaveden nový typ sítě známý jako územní metropolitní síť MAN (metropolitan area network). Schématický diagram sítě pro multimediální služby je uveden v obr.1.7.
Obr.1.7
9
1.2 Normy Do nedávné doby se normy počítačového průmyslu přijaté různými mezinárodními organizacemi soustředily primárně buď na vnitřní provoz počítače nebo na připojení lokálního periferního zařízení. V důsledku toho mohl dřívější HW a SW komunikačních subsystémů nabízený výrobci zajišťovat výměnu informací pouze vlastním počítačům pomocí tzv. vestavěných kompatibilních systémů (plug-compatible systéms). Takovým systémům se říká uzavřené systémy, protože počítače jiných výrobců si nemohou informace vyměňovat, pokud nerespektují (vlastní) normy určitého výrobce. Naproti tomu různé mezinárodní organizace sledující problematiku sítí veřejných správ spojů po mnoho let formulovaly mezinárodně platné normy pro připojování zařízení k těmto sítím. Například doporučení řady V (V-series recommendations) slouží pro připojování koncových zařízení přenosu dat DTE (data terminal equipment) k modemu a k PSTN; doporučení řady X (X-series recommendations) pro připojování DTE k veřejné datové síti; a doporučení řady I (Iseries recommendations) pro připojování DTE k vznikajícím ISDNs. Doporučení ve svém důsledku zajišťovala kompatibilitu zařízení různých dodavatelů a tím umožňovala kupujícímu zvolit si vhodné zařízení z palety výrobců. Zpočátku se řady doporučení respektované většinou správ spojů primárně věnovaly přenosu dat, takže příslušné normy se zabývaly pouze realizací rozhraní zařízení s těmito sítěmi. Teprve nedávno začaly veřejné správy spojů intenzivněji poskytovat distribuované informační služby například pro výměnu elektronických zpráv (Teletext) a pro získávání informací z veřejných databází (Videotext). Normalizační instituce spjaté s telekomunikačním průmyslem začaly pro podporu těchto služeb formulovat nejen normy pro styk s takovými sítěmi, ale také normy vyšší úrovně věnované formátům (syntaxi) a řízení výměny informací (dat) mezi systémy. To znamenalo ve svém důsledku, že zařízení od jakéhokoliv výrobce vyhovující těmto normám bylo možné nahradit zařízením od jiného výrobce respektujícím stejné
10
normy. Výsledný systém má potom charakter otevřeného systému (open systém), nebo podrobněji jako propojené prostředí otevřeného systému OSIE (open system interconnection environment). Přehled vývoje norem a hlavních normalizačních institucí schématicky znázorňuje obr.1. 8.
Obr.1.8 S rychlým zaváděním různých typů distribuovaných systémů (na bázi veřejných a soukromých datových sítí) v polovině 70-tých let minulého století si počítačový průmysl začal uvědomovat potenciální výhody otevřených systémů. V důsledku této skutečnosti se začala zavádět řada norem. Prvá byla věnována celkové struktuře úplného komunikačního subsystému každého počítače. Tato řada byla vypracována Mezinárodní normalizační organizací ISO (International Standards Organization) a je známá jako ISO referenční model pro propojované otevřené systémy OSI (ISO Reference Model for Open Systems Interconnection). Cílem referenčního modelu ISO je tvorba rámce pro koordinaci vývoje norem a udržení stávajících a nových normalizačních aktivit uvnitř tohoto rámce. Cíl je určen k tomu, aby aplikační procesy jakéhokoliv počítače vyhovujícímu určitému souboru norem mohly svobodně komunikovat s aplikačním procesem každého jiného počítači vyhovujícího stejným normám bez ohledu na původ zdroje. 11
K příkladům aplikačních procesů, které mohou chtít komunikovat otevřeným způsobem patří: ∗
Proces (program) realizovaný počítačem, který vyžaduje přístup ke vzdálenému systémovému souboru
∗
Proces fungující jako služba centrálního souboru (server) pro distribuovanou komunitu (klientských) procesů
∗
Proces v pracovní stanici kanceláře zajišťující přístup ke službě (e-mail) elektronické pošty
∗
Proces fungující jako server elektronické pošty pro distribuovanou komunitu (klientských) procesů
∗
Proces v řídícím systému, který kontroluje distribuovanou komunitu řadičů zařízení nebo robotů automatizovaného výrobního závodu
∗
Proces v řadiči zařízení nebo robota, který přijímá příkazy a odesílá výsledky do řídicího systému
∗
Proces v počítači banky, který inicializuje debetní a kreditní operace ve vzdáleném systému
OSI se soustředí na řešení problémů spjatých s výměnou informací mezi těmito procesy. Jejich vyřešení má umožnit kooperaci aplikačních procesů při plnění určité (distribuované) úlohy zpracování informace bez ohledu na počítače, ve kterých se tato úloha zpracovává.
1.3. Referenční model ISO Komunikační subsystém je komplex tvořený HW a SW složkami. Prvé pokusy s implementací SW pro takové subsystémy byly často založeny na jediném komplexním nestrukturovaném programu (normálně psaném v assembleru) s mnoha vzájemně reagujícími složkami. Výsledný SW se obtížně testoval a často velmi těžko modifikoval.
12
Pro překonání tohoto problému ISO zvolila vrstvenou strukturu referenčního modelu. Kompletní komunikační subsystém rozložila na řadu vrstev, z nichž každá plní přesně definovanou funkci. Obecně si lze představit, že tyto vrstvy mohou realizovat dvě obecně chápané funkce: síťově závislé funkce a aplikačně orientované funkce. Tato představa umožňuje vytvořit tři odlišná operační prostředí: (1) Prostředí síťové, které se věnuje protokolům a normám a které má vztah k různým typům sítí pro přenos dat. (2) Prostředí (báze) OSI které zahrnuje síťové prostředí a přidává další aplikačně orientované protokoly a normy umožňující koncovým systémům (počítačům) komunikovat mezi sebou otevřeným způsobem. (3) Prostředí reálných systémů budované na bázi OSI, které se věnuje vlastnímu SW a službám výrobců a které se vyvíjí za účelem plnění určitých distribuovaných úloh zpracování informací. Tato prostředí schématicky znázorňuje diagram na obr.1.9.
Obr.1.9 13
Síťově závislé a aplikačně orientované (síťově nezávislé) složky modelu OSI jsou implementovány řadou vrstev. Hranice mezi každou vrstvou a funkce plněné každou vrstvou byly zvoleny na základě zkušeností získaných během dřívějších normalizačních aktivit. Každá vrstva plní přesně definovanou funkci v kontextu celého komunikačního subsystému. Činnost vrstvy se řídí protokolem (souborem pravidel) pro výměnu zpráv (uživatelských dat a přídavných řídicích informací) s odpovídající duální (peer) vrstvou vzdáleného systému. Každá vrstva má přesně definované rozhraní s vrstvou bezprostředně nadřazenou a podřazenou. Implementace konkrétní protokolární vrstvy je nezávislá na všech ostatních vrstvách. Logická struktura referenčního modelu ISO je tvořena sedmi protokolárními vrstvami podle obr.1.10.
Obr.1.10
14
Tři nejnižší vrstvy (1-3) jsou síťově závislé a věnují se protokolům sítě pro přenos dat, která spojuje dva komunikující počítače. Tři horní vrstvy (5-7) jsou aplikačně orientované a týkají se protokolů, které umožňují vzájemnou interakci dvou aplikačních procesů koncových uživatelů (normálně prostřednictvím řady služeb poskytovaných lokálním operačním systémem). Mezilehlá transportní vrstva (4) slouží jako filtr oddělující horní aplikačně orientované vrstvy od podrobné činnosti nižších síťově závislých vrstev. V podstatě se opírá o služby poskytované nižšími vrstvami, aby zajistila aplikačně orientovaným vrstvám síťově nezávislou službu pro výměnu zpráv Funkce každé vrstvy je formálně specifikována jako protokol, který definuje řadu pravidel a konvencí umožňujících vrstvě komunikovat s dualistní vrstvou v jiném (vzdáleném) systému. Každá vrstva poskytuje bezprostředně vyšší vrstvě přesně definovanou řadu služeb. Rovněž využívá služby poskytované bezprostředně nižší vrstvou k transportu informačních jednotek protokolu ke vzdálené podobné vrstvě. Například transportní vrstva poskytuje síťově nezávislou službu pro přenos zpráv nadřazené relační vrstvě a využívá službu poskytovanou nižší síťovou vrstvou pro transport řady informačních jednotek spjatých s transportním protokolem k podobné transportní vrstvě jiného systému. Každá vrstva komunikuje s odpovídající podobnou vrstvou vzdáleného systému podle definovaného protokolu. Ale v praxi výsledné informační jednotky vrstvy jsou předávány prostřednictvím služeb poskytovaných následnou nižší vrstvou.
15
Základní funkce každé vrstvy jsou shrnuty v obr.1.11.
Obr.1.11
16
1.3.1 Aplikačně orientované vrstvy Aplikační vrstva Aplikační vrstva zajišťuje uživatelské rozhraní (normálně aplikační program/proces) pro řadu informačních služeb distribuovaných v celé síti. Tyto služby zahrnují přístup k transferu a managementu souborů jakož i k službám pro výměnu obecných dokumentů a zpráv typu elektronické pošty. Pro tyto služby a další druhy služeb existuje celá řada normalizovaných protokolů. Přístup k aplikačním službám je běžně zajišťován prostřednictvím definované množiny základních prvků s příslušnými parametry, a ty jsou podporovány lokálním operačním systémem. Přístupové základní prvky jsou stejné, jako jiná volání operačního systému (jaká jsou používána pro přístup řekněme k systému lokálního souboru) a vyvolávají aktivaci procedury (procesu) v příslušném operačním systému. Tyto procedury operačního systému využívají komunikační subsystém (SW a HW) jako lokální zařízení (například jako řídící jednotka diskové paměti). Detailní činnost a implementace komunikačního subsystému je proto transparentní pro aplikační proces uživatele. Když je aplikační proces realizující spojení (volání) znovu naplánován (zpracován), pak je jeden nebo několik stavových parametrů vráceno zpět, aby se indikovala úspěšnost (nebo neúspěšnost) síťové transakce, která se měla realizovat. Kromě transferu informace plní aplikační vrstva tyto služby: • Identifikace zamýšleného komunikačního podle jména nebo podle adresy
parametru(ů)
• Určení momentální dostupnosti určitého komunikačního partnera • Prokázání oprávněnosti komunikovat • Souhlas s mechanizmem utajování (šifrování) • Autentizace zvoleného partnera pro komunikaci
17
• Výběr dialogové disciplíny včetně procedur pro inicializaci a rušení • Souhlas s odpovědností za obnovu chyb • Identifikace požadavků na datovou syntaxi (množiny znaků, datové struktury atd.) Prezentačním vrstva Prezentační vrstva se zabývá datovou syntaxí (reprezentací) během přenosu mezi dvěma komunikujícími aplikačními procesy. K dosažení skutečného vzájemného spojení otevřených systémů byla pro potřebu aplikačních procesů definována řada obecných forem abstraktní datové syntaxe zároveň s přidruženými syntaxemi pro transfer. Prezentační vrstva sjednává a vybírá vhodnou transferovou syntaxi (nebo syntaxe), která se má použít v průběhu transakce takovým způsobem, aby byla dodržena syntaxe (struktura) zpráv vyměňovaných mezi dvěma aplikačními entitami. Pokud se způsob reprezentace liší od vnitřní abstraktní formy, pak prezentační protokol zajistí potřebnou konverzi. Ilustrujme služby poskytované prezentační vrstvou pomocí příkladu telefonní konverzace mezi francouzsky a španělsky hovořícími osobami. Předpokládá se, že každá osoba požívá tlumočníka a že oba tlumočníci umějí anglicky. Každý tlumočník musí překládat ze svého jazyka do angličtiny a opačně. Oba tlumočníci jsou analogiemi dvou aplikačních procesů se dvěma interpretačními překladači reprezentujícími entity prezentační vrstvy. Francouzština a španělština představují lokání syntaxe a angličtina převodní (transferovou) nebo dohodnutou syntaxi. Poznamenejme, že musí existovat univerzálně chápaný jazyk, který je třeba definovat tak, aby umožnil odsouhlasenému transformačnímu jazyku (syntax) správný převod. Ještě podotkněme, že tlumočníci nemusí nutně chápat správný smysl (sémantiku) konverzace.
18
Další funkcí prezentační vrstvy je sledování datové bezpečnosti. V některých aplikacích jsou vysílaná data nejprve zašifrována pomocí klíče, který spolehlivě zná pouze prezentační vrstva oprávněného příjemce. Ta potom zajistí dešifrování veškerých přijatých dat pomocí odpovídajícího klíče a výsledek odešle oprávněnému příjemci. I když tato činnost není součástí normy, tak problém šifrování bude diskutován v jiné přednášce. Relační vrstva Relační vrstva umožňuje dvěma entitám aplikačních vrstev protokolu organizovat a synchronizovat jejich dialog a řídit jejich datovou výměnu. Takže tato vrstva je odpovědná za vytvoření (a uvolnění) komunikačního (dialogového) kanálu mezi dvěma komunikujícími entitami aplikační vrstvy protokolu (v praxi entitami prezentační vrstvy protokolu) po dobu trvání kompletní síťové transakce. V této vrstvě se realizují dále uvedené volitelné služby: • Řízení spolupráce. Výměna dat v rámci dialogu může být duplexní resp. současně obousměrná, nebo poloduplexní, střídavě obousměrná. Při poloduplexní výměně slouží relační vrstva protokolu jako prostředek pro řízení výměny dat (jednotek dialogu) synchronizovaným způsobem. • Synchronizace. Při dlouhých síťových transakcích může uživatel (během služby poskytované relační vrstvou) při transferu volit periodicky synchronizační body. Když se během transakce vyskytne chyba, pak lze v dialogu znovu pokračovat v dříve dohodnutém synchronizačním bodě. • Hlášení výjimek. Výjimečné neodstranitelné chyby vzniklé během transakce může relační vrstva hlásit aplikační vrstvě. Transportní vrstva Transportní vrstva funguje jako rozhraní mezi vyššími aplikačně orientovanými vrstvami a nižšími síťově závislými vrstvami protokolu. Poskytuje relační vrstvě prostředek pro transfer zpráv, který je nezávislý na typu vlastní sítě. Transportní vrstva skrývá
19
před relační vrstvou, vybavenou určitou množinou prostředků pro transfer zpráv, detailní operace vlastní sítě. Transportní vrstva nabízí službu s řadou úrovní, aby kompenzovala různou kvalitu služby QOS (quality of service) poskytovanou síťovými vrstvami spjatých s různými typy sítě. Existuje pět úrovní služby, od úrovně 0, která zajišťuje pouze základní funkce nutné pro navazování spojení a transfer dat, až po úroveň 4, která zajišťuje plný dozor nad chybovostí a procedurami pro řízení provozního toku. Na tomto místě poznamenejme, že úroveň 0 se dá použít pro aplikace v PSDN, zatím co úroveň 4 pro aplikace v PSTN.
1.3.2 Síťově závislé vrstvy Jelikož tři nejnižší vrstvy referenčního modelu ISO jsou síťově závislé, tak se jejich detailní funkce mění od jednoho typu sítě k druhému. Nicméně z obecného hlediska je síťová vrstva zodpovědná za navazování a rušení celkového síťového spojení mezi dvěma entitami transportních vrstev protokolu. Má na starosti takový úkol, jako je síťové směrování (adresace) a v některých případech řízení provozního toku rozhraním mezi počítačem a sítí. U internetu plní různé harmonizující funkce mezi propojenými sítěmi. Spojová vrstva bere v úvahu fyzické spojení určitou síti, aby mohla síťové vrstvě poskytnout spolehlivý prostředek pro transfer informací. Je zodpovědná za takové funkce, jako je detekce chyb a v případě přenosu s chybami za opakování zpráv. Normálně poskytuje dva typy služeb: (1) Služba bez spojení, která považuje každý informační rámec za samostatnou entitu přenášenou nejlepším možným způsobem, takže v případě detekování chybného rámce je rámec prostě jednoduše zlikvidován. (2) Služba se spojením, která usiluje o bezchybný informační přenosový prostředek.
20
Poslední fyzická vrstva se zabývá fyzickým a elektrickým rozhraním mezi zařízením uživatele a ukončujícím zařízením datového spoje. Poskytuje spojové vrstvě prostředky pro přenos sériových bitových toků mezi dvěma zařízeními.
1.4 Normy pro otevřené systémy Referenční model ISO se vytvářel a vytváří jednoduše tak, jako by byl šablonou pro strukturu komunikačního subsystému, o kterou by se mohly opírat normalizační aktivity spjaté s každou vrstvou. Není úmyslem vytvořit jediný normovaný protokol spjatý s každou vrstvou. Místo toho je s každou vrstvou spojena řada norem, z nichž každá nabízí různé úrovně funkcionality. Pro speciální prostředí OSI, jaké představuje propojení různých počítačových systémů v plně automatizovaném výrobním závodě, je pro užívání systémů tohoto prostředí definována vybraná množina norem. Pro aktivní tvorbu norem určených počítačové komunikaci existují tři hlavní mezinárodní orgány, kterými jsou ISO, Americký institut inženýrů pro elektrotechniku a elektroniku IEEE (Američan Institution of Elelectrical and Electronic Engineers) a Mezinárodní telekomunikační unie – Telekomunikační sekce ITU-T (International Telecommunications Union-Telecommunications Sector), dříve Mezinárodní telegrafní a telefonní konzultační výbor CCITT (Telegraph and Telelphone Consultative Committee). ISO a IEEE v podstatě vytvářejí normy pro výrobce počítačů. zatím co ITU-T definuje normy pro připojování zařízení k různým typům národních a mezinárodních veřejných sítí. S částečným překrýváním aktivit počítačového a telekomunikačního průmyslu vzrůstá úroveň kooperace a společného přístupu k tvorbě norem obou těchto organizací. Před začátkem normalizačních aktivit ISO a konkurenčně s nimi zahájilo Ministerstvo obrany Spojených států (United States Department of Defence) výzkum v oblasti počítačové komunikace a vytváření sítí prostřednictvím Agentury pro obranné pokrokové výzkumné projekty Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA). Jako součást tohoto 21
výzkumu se k DARPA připojily počítačové sítě mnoha univerzit a ostatních výzkumných institucí. Výsledné síťové propojení (internet) známé jako ARPANET bylo postupně rozšiřováno o přidružená síťová propojení (internets) vyvinutá dalšími vládními agenturami. Kombinovaná síťová propojení jsou nyní prostě označována jako Internet. Soubor protokolů spjatý s Internetem je znám jako Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). Zahrnuje jak síťově orientované protokoly, tak protokoly podporující aplikace. Protože TCP/IP se široce používá v dnešním internetu, tak mnoho TCP/IP protokolů slouží jako báze pro normy ISO. A kromě toho, protože všechny specifikace protokolů spjatých s TCP(/IP působí ve veřejné oblasti-a tudíž není nutné platit žádné licenční poplatky-tak jsou extensivně využívány komerčními a veřejnými správami k tvorbě síťového prostředí otevřeného systému. Z těchto důvodů se proto v praxi uplatňují dvě důležité (dodavatelsko nezávislé) normy otevřených systémů: Soubor TCP/IP a soubor založený na vyvíjených normách ISO. Obr.1.12 prezentuje některé normy spjaté se souborem TCP/IP. Protože TCP/IP bylo rozvíjeno současně s iniciativou ISO, tak uvedený obrázek nezahrnuje specifické protokoly vztahujícími se ke všem vrstvám ISO. Kromě toho specifikační metodologie použitá pro TCP/IP soubor, se liší od metodologie použité pro normy ISO. Nicméně většina funkcí spjatých s vrstvami ISO je zahrnuta v souboru TCP/IP.
Obr.1.12 22
Z obr.1.13 vyplývá, že v případě norem ISO/ITU-T jsou mnohé normy vázány na jednotlivé vrstvy. Jako celek tyto normy umožňují administrativním správám, které vytvářejí prostředí otevřených systémů, volit pro aplikaci nejvhodnější soubor norem. Výsledný soubor norem je znám jako profil síťového propojení otevřeného systému (open systém interconnection profile). V dnešní době byla definována řada profilů charakterizovaných následujícím přehledem: TOP. Množina protokolů pro technické a kancelářské prostředí. MAP. Protokoly používané v automatizované výrobě. US a UK GOSIP pro US a UK vládní projekty\. Soubor protokolů používaný v Evropě a známý jako funkční normy CEN. Tento soubor byl definován skupinou 12 evropských společností pro podporu a aplikace norem SPAG (Standard Promotion and Application Group).
Obr.1.13 23
Obr. 1.13 dále naznačuje, že tři nejnižší vrstvy se liší podle různých typů sítí. ITU-T definovalo pro aplikace ve veřejných sítích řadu norem označených symboly V-, X- a I-. Řada V je používána v soudobých PSTN, řada X v soudobých PSDN a řada I v současně vytvářených ISDN. O řadě X a řadě I bude zmínka později stejně jako o normách specifikovaných ISO/IEEE pro LANy. I když ISO a ITU-T používá odlišné označování systémů, tak funkce a specifikace transportních, relačních a prezentačních vrstev zůstávají téměř identické. Existuje řada norem pro aplikační vrstvy, z nichž ISO definovalo normy pro soukromé sítě a ITU-T jiné normy pro služby poskytované veřejnými sítěmi. Funkce a operace aplikačně orientovaných (síťově nezávislých) vrstev protokolu budou zmíněny rovněž později.
24
