Problem Złożoności

Wyobraźmy sobie ogromne wyzwanie, jakim jest przesłanie danych między dwoma komputerami. Pojawia się mnóstwo pytań: Jak dane trafiają z przeglądarki internetowej do kabla Ethernet? Jak odnajdują drogę na drugi koniec świata? Jak wykrywane i korygowane są błędy? Co się dzieje, gdy różne komputery używają różnych formatów danych?

Próba rozwiązania wszystkich tych problemów za pomocą jednego, monolitycznego rozwiązania byłaby niezwykle skomplikowana i nieelastyczna. Odpowiedzią na tę złożoność jest architektura warstwowa, strategia "dziel i zwyciężaj", która dzieli zadanie komunikacji sieciowej na zbiór mniejszych, łatwiejszych do zarządzania części zwanych warstwami.

Analogia: Dwóch Filozofów

Aby zrozumieć, jak działają warstwy, rozważmy uproszczoną analogię dwóch filozofów, jednego w Warszawie i jednego w Tokio, którzy chcą się ze sobą komunikować.

• Warstwa 3 (Warstwa Idei): Sami filozofowie interesują się wyłącznie dyskusją o filozofii. To jest ich ostateczny cel, analogiczny do aplikacji użytkownika (jak przeglądarka internetowa lub klient e-mail). Filozof w Warszawie ma pomysł do przekazania.
• Warstwa 2 (Warstwa Języka): Filozof z Warszawy mówi tylko po polsku, a filozof z Tokio tylko po japońsku. Każdy z nich zatrudnia tłumacza. Tłumacz z Warszawy bierze tekst po polsku i przekłada go na wspólny, uzgodniony język (np. łacinę), który rozumie drugi tłumacz. To jest jak Warstwa Prezentacji.
• Warstwa 1 (Warstwa Logistyki): Każdy tłumacz przekazuje przetłumaczoną wiadomość sekretarce. Sekretarka umieszcza wiadomość w kopercie, pisze adresy, może dodać numer śledzenia dla potwierdzenia dostarczenia i przekazuje list do serwisu pocztowego. To jest jak Warstwa Transportu oraz Warstwa Sieciowa.
• Medium Fizyczne (Poczta): Poczta Polska odbiera list, transportuje go (ciężarówką, samolotem itp.) do Japonii, gdzie Poczta Japońska przejmuje przesyłkę i dostarcza ją pod wskazany adres. To jest Warstwa Fizyczna.

Po stronie odbiorcy w Tokio proces przebiega w odwrotnej kolejności: poczta dostarcza list, sekretarka go otwiera i sprawdza, tłumacz przekłada wiadomość na japoński, i wreszcie filozof z Tokio otrzymuje ideę.

Kluczowe Zasady Architektury Warstwowej

Analogia filozofów ilustruje podstawowe zasady sieci warstwowych:

• Komunikacja Równorzędna (Peer-to-Peer): Każda warstwa komunikuje się logicznie ze swoją odpowiednią warstwą na drugiej maszynie. Tłumacz z Warszawy komunikuje się z tłumaczem z Tokio. Używają oni wspólnego zbioru zasad, znanego jako protokół.
• Usługi Interfejsu: Fizycznie każda warstwa świadczy usługi warstwie znajdującej się bezpośrednio nad nią poprzez dobrze zdefiniowany interfejs. Filozof z Warszawy nie musi wiedzieć o tłumaczeniu czy usługach pocztowych; po prostu przekazuje swój pomysł tłumaczowi. Fizyczny przepływ danych odbywa się zawsze w dół stosu po stronie nadawczej i w górę stosu po stronie odbiorczej.
• Niezależność Warstw: Kluczową zasadą jest to, że zmiana w jednej warstwie nie powinna wpływać na inne, o ile usługa świadczona warstwie wyższej pozostaje taka sama. Możemy zastąpić pocztę (ciężarówki i samoloty) systemem superszybkich rur pneumatycznych, i dopóki listy będą dostarczane, sekretarki i filozofowie nie zauważą ani nie będą musieli się przejmować tą zmianą. Umożliwia to modułowość i ewolucję technologiczną.