Многоуровневая структура позволяет детально оценивать элементы большой и сложной системы

Перед тем как приступить к систематизации приобретенных знаний об Интернете, давайте поищем аналогию у людей. Каждый день многие из нас сталкиваются со сложными системами. Представьте себе ситуацию, когда кто-нибудь просит вас описать организацию воздушных сообщений. Как вы станете описывать эту огромную структуру, включающую в себя отделы продажи билетов, проверки багажа, обслуживающий персонал, пилотов, летную технику, диспетчерские службы и т. д.?

Один из способов описать организацию — это перечислить те действия, которые вы (или сотрудники организации) совершаете при ее использовании. К примеру, вы заказываете билет, проходите багажный контроль, регистрируетесь и попадаете на борт самолета. Затем вы совершаете перелет, достигаете пункта назначения, снова регистрируетесь, получаете багаж и, если рейс был некомфортным, подаете жалобу в отдел продажи билетов. Последовательность ваших действий графически иллюстрирует рис. 1.20.

Здесь мы без труда можем увидеть аналогию с принципами функционирования компьютерных сетей. Вы путешествуете на самолете от пункта отправления до пункта назначения, а пакет передается от хоста-отправителя к хосту-адресату. Однако более глубокая аналогия заключена в структурах действий. Взглянем на рис. 1.20 чуть внимательнее. Как легко видеть, оба ваших конечных действия обращены к отделу продажи билетов, второе и предпоследнее действия связаны с багажом и т. д. Структура действий является симметричной, где «осью симметрии» служит перелет. Таким образом, процесс путешествия на самолете можно представить в виде совокупности горизонтальных уровней, как показано на рис. 1.21.

Приведенная горизонтальная структура является главным предметом нашего дальнейшего рассмотрения. Нам удалось определить место каждого компонента путешествия относительно других компонентов. Например, говоря о регистрации пассажиров, мы знаем, что эта процедура происходит после проверки багажа перед посадкой на борт самолета. Заметим, что каждый выделенный уровень обладает собственной функциональностью, то есть службами, предоставляющими услуги пассажирам. Ниже билетного уровня пассажир проходит через все этапы обслуживания от получения билета до приема жалобы, ниже багажного уровня — все этапы от проверки и сдачи багажа до его получения, и т. д. При этом на багажном уровне обслуживаются лишь те пассажиры, которые прошли обслуживание на билетном уровне. То же самое справедливо и в отношении остальных уровней. Таким образом, обслуживание на каждом из уровней производится путем выполнения функций, относящихся к этому уровню, с использованием результатов обслуживания на всех предыдущих уровнях.

Итак, многоуровневая структура позволяет детально оценивать элементы большой и сложной системы, что уже является ее значительным достоинством. Кроме того, с использованием многоуровневой структуры легче модифицировать функции системы — для этого лишь нужно внести изменения в соответствующий уровень, при этом структурно-функциональная организация системы останется прежней. Так, например, усовершенствование системы регистрации будет сведено к внутренним изменениям регистрационного уровня, что никак не отразится на его функциях и не изменит структуру в целом.

Теперь давайте вернемся к компьютерным сетям и рассмотрим организацию сетевых протоколов. Как некоторые, возможно, уже догадались, протоколы, а следовательно, и все сетевое программное и аппаратное обеспечение организованы в виде уровней.

Каждый протокол относится к определенному уровню сетевой коммуникационной модели. Обратите внимание на то, что протоколы распределены между сетевыми компонентами, включающими оконечные системы и маршрутизаторы, подобно тому как функции обслуживания пассажиров распределены между аэропортами. Таким образом, каждое сетевое устройство взаимодействует с несколькими уровнями сети.

Взаимодействие между компонентами на уровне п осуществляется с помощью специальных сообщений уровня п, которые называются единицами обмена (Protocol Data Unit, PDU) данного уровня. Содержание и формат подобных сообщений, а также правила их передачи определяются протоколом уровня п. Совокупность протоколов всех уровней коммуникационной модели называется стеком протоколов.

Когда уровень п хоста А посылает сообщение уровню п хоста В, внутри хоста А происходит передача сообщения уровню n — 1, который осуществляет обмен с уровнем n — 1 хоста В. Таким образом, обмен внутри сетевого уровня п всегда обеспечивается уровнем n — 1. Ключевым понятием для нас будет являться модель обслуживания уровня. Говорят, что уровень n — 1 предоставляет услуги уровню n. Например, в перечень услуг могут входить гарантированная доставка сообщений уровню п в течение одной секунды, безошибочная доставка сообщения и т. п.