Системи із відкритою архітектурою. Принципи побудови. Архітектура обчислювальної мережі. Еталонні моделі взаємодії систем

6.2. АРХІТЕКТУРА КОМП'ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

ЕТАЛОННІ МОДЕЛІ ВЗАЄМОДІЇ СИСТЕМ

Для визначення завдань, поставлених перед складним об'єктом, і навіть для виділення основних параметрів і властивостей, якими він має володіти, створюються загальні моделі таких об'єктів. Загальна модель обчислювальної мережівизначає характеристики мережі в цілому та характеристики та функції входять до неї основних компонентів.

Архітектура обчислювальної мережі - Опис її загальної моделі.

Різноманітність виробників обчислювальних мереж та мережевих програмних продуктів поставило проблему поєднання мереж різних архітектур. Для її вирішення МОС розробила модель архітектури відкритих систем

Відкрита система - система, що взаємодіє з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів.

Запропонована модель архітектури відкритих систем є базою для виробників при розробці сумісного мережевого обладнання. Ця модель не є якимось фізичним тілом, окремі елементи якого можна сприймати. Модель є найбільш загальні рекомендаціїдля побудови стандартів сумісних мережних програмних продуктів. Ці рекомендації повинні бути реалізовані як в апаратурі, так і програмних засобів обчислювальних мереж.

В даний час модель взаємодії відкритих систем є найбільш популярною мережевою архітектурною моделлю. Модель розглядає загальні функції, а не спеціальні рішення, тому не всі реальні мережі абсолютно точно йдуть. Модель взаємодії відкритих систем складається із семи рівнів (рис. 6.15).

7-й рівень - прикладний- Забезпечує підтримку прикладних процесів кінцевих користувачів. Цей рівень визначає коло прикладних завдань, що реалізуються в цій обчислювальній мережі. Він також містить усі необхідні елементи сервісу для прикладних програм користувача. На прикладний рівень можуть бути винесені деякі завдання мережної операційної системи.

6-й рівень - представницький- визначає синтаксис даних моделі, тобто. подання даних. Він гарантує представлення даних у кодах та форматах, прийнятих у цій системі. У деяких системах цей рівень може бути поєднаний із прикладним.

5-й рівень - сеансовий- реалізує встановлення та підтримку сеансу зв'язку між двома абонентами через комунікаційну мережу. Він дозволяє проводити обмін даними в режимі, визначеному прикладною програмою, або надає можливість вибору режиму обміну. Сеансовий рівень підтримує та завершує сеанс зв'язку.

Три верхні рівні об'єднуються під загальною назвою - процесабо прикладний процес.Ці рівні визначають функціональні особливості обчислювальної мережі як прикладної системи.

4-й рівень - транспортний-забезпечує інтерфейс між процесами та мережею. Він встановлює логічні канали між процесами та забезпечує передачу цими каналами інформаційних пакетів, якими обмінюються процеси. Логічні канали, що встановлюються транспортним рівнем, називаються транспортні канали.

Пакет- Група байтів, що передаються абонентами мережі один одному.

Мал. 6.15.Еталонна модель архітектури відкритих систем

3-й рівень - мережевий- Визначає інтерфейс кінцевого обладнання данихкористувача з мережею комутації пакетів. Він також відповідає за маршрутизацію пакетів у комунікаційній мережі та за зв'язок між мережами – реалізує міжмережну взаємодію.

Мал. 6.16.Обробка повідомлень рівнями моделі ВОС

Примітка. У техніці комунікацій використовується термін кінцеве обладнання даних.Він визначає будь-яку апаратуру, підключену до каналу зв'язку, у системі обробки даних (комп'ютер, термінал, спеціальна апаратура).

2-й рівень - канальний- Рівень ланки даних - реалізує процес передачі інформації по інформаційному каналу. Інформаційний канал - логічний канал, він встановлюється між двома ЕОМ, з'єднаними фізичним каналом. Канальний рівеньзабезпечує управління потоком даних у вигляді кадрів, в які упаковуються інформаційні пакети, виявляє помилки передачі та реалізує алгоритм відновлення інформації у разі виявлення збоїв або втрат даних.

1-й рівень - фізичний- Виконує все необхідні процедуриу каналі зв'язку. Його основне завдання - управління апаратурою передачі даних та підключеним до неї каналом зв'язку.

При передачі інформації від прикладного процесу до мережі відбувається її обробка рівнями моделі взаємодії відкритих систем (рис. 6.16). Сенс цієї обробки полягає в тому, що кожен рівень додає до інформації процесу свій заголовок- службову інформацію, яка необхідна для адресації повідомлень та деяких контрольних функцій. Канальний рівень окрім заголовка додає ще й кінцевик – контрольну послідовність, яка використовується для перевірки правильності прийому повідомлення із комунікаційної мережі.

Фізичний рівень заголовка не додає. Повідомлення, обрамлене заголовками та кінцевиком, йде в комунікаційну мережу та надходить на абонентські ЕОМ обчислювальної мережі. Кожна абонентська ЕОМ, яка прийняла повідомлення, дешифрує адреси та визначає, чи призначено їй це повідомлення.

При цьому в абонентській ЕОМ відбувається зворотний процес - читання та відсікання заголовків рівнями моделі взаємодії відкритих систем. Кожен рівень реагує лише на свій заголовок. Заголовки верхніх рівнів нижніми рівнями не сприймаються і змінюються - вони " прозорі " для нижніх рівнів. Так, переміщаючись за рівнями моделі ВОС, інформація нарешті надходить до процесу, якому вона була адресована.

Увага! Кожен рівень моделі взаємодії відкритих систем реагує лише на свій заголовок.

Примітка. На рис. 6.16 показаний процес проходження даних через рівні
моделі. Кожен рівень додає свій заголовок – 3.

У чому основна перевага семирівневої моделі ВОС? У процесі розвитку та вдосконалення будь-якої системи виникає потреба змінювати її окремі компоненти. Іноді це викликає необхідність змінювати й інші компоненти, що суттєво ускладнює та ускладнює процес модернізації системи.

Тут і виявляються переваги семирівневої моделі. Якщо між рівнями однозначно визначені інтерфейси, то зміна одного з рівнів не тягне за собою необхідності внесення змін до інших рівнів. Отже, існує відносна незалежність рівнів друг від друга.

Необхідно зробити ще одне зауваження щодо реалізації рівнів моделі ВОС у реальних обчислювальних мережах. Функції, що описуються рівнями моделі, повинні бути реалізовані або в апаратурі або у вигляді програм.

Функції фізичного рівня завжди реалізуються в апаратурі. Це адаптери, мультиплексори передачі, мережні плати тощо.

Функції інших рівнів реалізуються як програмних модулів - драйверів.

Модель взаємодії для ЛОМ

Для того, щоб врахувати вимоги фізичного передавального середовища, що використовується в ЛОМ, була проведена деяка модернізація семирівневої моделі взаємодії відкритих систем для локальних обчислювальних мереж. Необхідність такої модернізації була викликана тим, що для організації взаємодії абонентських ЕОМ в ЛОМ використовуються спеціальні методи доступу до фізичного середовища. Верхні рівні моделі ВОС не зазнали жодних змін, а канальний рівень було розбито на два підрівні (рис. 6.17). Підрівень LLC (Logical Link Control) ) забезпечує управління логічним ланкою, тобто. виконує функції канального рівня. Підрівень MAC (Media Access Control) ) забезпечує керування доступом до середовища. Основні методи управління доступом до фізичного передавального середовища будуть розглянуті в підрозділ. 6.3.

ПРОТОКОЛИ КОМП'ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ

Поняття протоколу

Як було показано раніше, під час обміну інформацією мережі кожен рівень моделі ВОС реагує на свій заголовок. Іншими словами, відбувається взаємодія між однойменними рівнями моделі у різних абонентських ЕОМ. Така взаємодія має виконуватися запевним правилам.

Мал. 6.17.Еталонна модель для локальних комп'ютерних мереж

Протокол- Набір правил, що визначає взаємодію двох однойменних рівнів моделі взаємодії відкритих систем у різних абонентських ЕОМ.

Протокол – це не програма. Правила та послідовність виконання дій при обміні інформацією, визначені протоколом, мають бути реалізовані у програмі. Зазвичай функції протоколів різних рівнів реалізуються в драйверах різних обчислювальних мереж.

Відповідно до семирівневої структури моделі можна говорити про необхідність існування протоколів для кожного рівня.

Концепція відкритих систем передбачає розробку стандартів протоколів різних рівнів. Найлегше піддаються стандартизації протоколи трьох нижніх рівнів моделі архітектури відкритих систем, оскільки вони визначають дії та процедури, властиві обчислювальним мережам будь-якого класу.

Найважче стандартизувати протоколи верхніх рівнів, особливо прикладного, через множинність прикладних завдань та у ряді випадків їх унікальності. Якщо за типами структур, методами доступу до фізичного середовища, використовуваним мережевим технологіям і деяким іншим особливостям можна нарахувати приблизно десяток різних моделей обчислювальних мереж, то за їх функціональним призначенням меж не існує.

Основні типи протоколів

Найпростіше уявити особливості мережевих протоколів з прикладу протоколів канального рівня, які поділяються на дві основні групи: байт-ориентированные і бит-ориентированные.

Байт-орієнтований протокол забезпечує передачу повідомлення інформаційним каналом як послідовності байтів. Окрім інформаційних байтів

в канал передаються також керуючі та службові байти. Такий тип протоколу зручний для ЕОМ, оскільки вона спрямована на обробку даних, представлених у вигляді двійкових байтів. Для комунікаційного середовища байт-орієнтований протокол менш зручний, оскільки поділ інформаційного потоку в каналі на байти потребує використання додаткових сигналів, що зрештою знижує пропускну спроможністьканал зв'язку.

Найбільш відомим та поширеним байт-орієнтованим протоколом є протокол двоичного синхронного зв'язку BSC (Binary Synchronous Communication ), розроблений фірмою IBM . Протокол забезпечує передачу двох типів кадрів: керуючих та інформаційних. У керуючих кадрахпередаються керуючі та службові символи, інформаційних- Повідомлення (окремі пакети, послідовність пакетів). Робота протоколу BSC здійснюється в три фази: встановлення з'єднання, підтримка сеансу передачі повідомлень, розрив з'єднання. Протокол вимагає кожен переданий кадр посилки квитанції про результати його прийому. Кадри, передані помилково, передаються повторно. Протокол визначає максимальну кількість повторних передач.

Примітка. Квитанція є керуючим кадром, в якому міститься підтвердження прийому повідомлення (позитивна квитанція) або відмова від прийому через помилку (негативна квитанція).

Передача наступного кадру можлива лише тоді, коли отримано позитивну квитанцію на прийом попереднього. Це суттєво обмежує швидкодію протоколу та висуває високі вимоги до якості каналу зв'язку.

Біт-орієнтований протокол передбачає передачу інформації як потоку бітів, не поділюваних на байти. Тож поділу кадрів використовуються спеціальні послідовності - прапори. На початку кадру ставиться прапор, що відкриває, а в кінці - прапор закриває.

Біт-орієнтований протокол зручний щодо комунікаційної середовища, оскільки канал зв'язку спрямований на передачу послідовності бітів. Для ЕОМ він не дуже зручний, тому що з послідовності бітів, що надходить, доводиться виділяти байти для подальшої обробки повідомлення. Втім, враховуючи швидкодію ЕОМ, можна вважати, що ця операція не вплине на її продуктивність. Потенційно біт-орієнтовані протоколи є швидкіснішими порівняно з байт-орієнтованими, що зумовлює їх широке поширення в сучасних обчислювальних мережах.

Типовим представником групи біт-орієнтованих протоколів є протокол HDLC (High - Level Data Link Control - Вищий рівень управління каналом зв'язку) та його підмножини. Протокол HDLC управляє інформаційним каналом з допомогою спеціальних керуючих кадрів, у яких передаються команди. Інформаційні кадринумеруються. Крім того, протокол HDLC дозволяє без отримання позитивної квитанції передавати до каналу до трьох - п'яти кадрів. Позитивна квитанція, отримана, наприклад, на третій кадр, показує, що два попередні прийняті без помилок і необхідно повторити передачу лише четвертого та п'ятого кадрів. Такий алгоритм роботи і забезпечує високу швидкодію протоколу.

З протоколів верхнього рівня моделі ВОС слід зазначити протокол Х.400 (електронна пошта) та FTAM (File Transfer, Access and Management - передача файлів, доступ до файлів та керування файлами).

Стандарти протоколів обчислювальних мереж

Для протоколів фізичного рівня стандарти визначено рекомендаціями МККТТ. Цифрова передача передбачає використання протоколів Х.21 та Х.21- біс.

Канальний рівень визначають протокол HDLC та її підмножини, і навіть протокол Х.25/3.

Широке поширення локальних обчислювальних мереж зажадало розробки стандартів цієї області. В даний час для ЛОМ використовуються стандарти, розроблені Інститутом інженерів з електротехніки та радіоелектроніки - ІІЕР ( IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Комітети IEEE 802 розробили ряд стандартів, частина з яких прийнята МОС ( ISO ) та іншими організаціями. Для ЛОМ розроблено такі стандарти:

802.1 - верхні рівні та адміністративне управління;

802.2 - управління логічною ланкою даних ( LLC);

802.3 - випадковий метод доступу до середовища ( CSMA / CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множинний доступ з контролем передачі та виявленням зіткнень);

802.4 – маркерна шина;

802.5 - маркерне кільце;

802.6 – міські мережі.

Взаємодія двох вузлів із різних мереж схематично показано на рис. 6.18. Обмін інформацією між однойменними рівнями визначається протоколами, про які йшлося вище.

Примітка. Вузли з'єднані каналом зв'язку. Це те середовище, за якимрій поширюються повідомлення від одного вузла мережі до іншого. Пакети такадри, про які йшла розмова, у вигляді послідовності електричних сигналов приходять з одного вузла до іншого. Взаємодія однойменних рівнівній моделі показано пунктирними стрілками.

6.3. ЛОКАЛЬНІОЧИСЮВАЛЬНІМЕРЕЖІ

ОСОБЛИВОСТІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЛОМ

Функціональні групи пристроїв у мережі

Основне призначення будь-якої комп'ютерної мережі – надання інформаційних та обчислювальних ресурсів підключеним до неї користувачам.

З цієї точки зору локальну обчислювальну мережу можна розглядати як сукупність серверів та робочих станцій.

Сервер- комп'ютер, підключений до мережі та забезпечує її користувачів певними послугами.

Сервериможуть здійснювати зберігання даних, управління базами даних, віддалену обробку завдань, друк завдань та низку інших функцій, потреба яких може виникнути в користувачів мережі. Сервер – джерело ресурсів мережі.

Робоча станція- персональний комп'ютер, підключений до мережі, через який користувач отримує доступ до ресурсів.

Робоча станціямережі функціонує як у мережному, і у локальному режимі. Вона оснащена власною операційною системою, що забезпечує користувача всіма необхідними інструментами для вирішення прикладних завдань.

Особливу увагу слід приділити одному з типів серверів - файловому серверу ( File Server ). У поширеній термінології для нього прийнято скорочену назву - файл-сервер.

Файл-сервер зберігає дані користувачів мережі та забезпечує їм доступ до цих даних. Це комп'ютер із великою ємністю оперативної пам'яті, жорсткими дисками великої ємності та додатковими накопичувачами на магнітній стрічці (стріммерами).

Він працює під управлінням спеціальної операційної системи, яка забезпечує одночасний доступ користувачів мережі до розміщених на ньому даних.

Файл-сервер виконує такі функції: зберігання даних, архівування даних, синхронізацію змін даних різними користувачами, передачі даних.

Для багатьох завдань використання одного файл-сервера виявляється недостатнім. Тоді до мережі можуть включатися кілька серверів. Можливе також застосування як файл-сервер міні-ЕОМ.

Управління взаємодією пристроїв у мережі

p align="justify"> Інформаційні системи, побудовані на базі комп'ютерних мереж, забезпечують вирішення наступних завдань: зберігання даних, обробка даних, організація доступу користувачів до даних, передача даних і результатів обробки даних користувачам.

У системах централізованої обробки ці функції виконувала центральна ЕОМ ( Mainframe, Host).

Комп'ютерні мережі реалізують розподілену обробку даних. Обробка даних у цьому випадку розподілена між двома об'єктами: клієнтомі сервером.

Клієнт- Завдання, робоча станція або користувач комп'ютерної мережі.

У процесі обробки даних клієнт може сформувати запит сервер для виконання складних процедур, читання файлу, пошук інформації у базі даних тощо.

Сервер, визначений раніше, виконує запит від клієнта. Результати виконання запиту надсилаються клієнту. Сервер забезпечує зберігання даних загального користування, організує доступом до цих даних і передає дані клієнту.

Клієнт обробляє отримані дані та представляє результати обробки у вигляді, зручному для користувача. У принципі, обробка даних може бути виконана і на сервері. Для подібних систем прийнято терміни - системи клієнт-серверабо архітектура клієнт-сервер.

Архітектура клієнт-сервер може використовуватися як в однорангових локальних обчислювальних мережах, так і мережі з виділеним сервером.

Однорангова мережа. У такій мережі немає єдиного центру управління взаємодією робочих станцій і немає єдиного пристрою для зберігання даних. Мережева операційна система розподілена по всіх робочих станціях. Кожна станція мережі може виконувати функції клієнта і сервера. Вона може обслуговувати запити від інших робочих станцій та надсилати свої запити на обслуговування до мережі.

Користувачеві мережі доступні всі пристрої, підключені до інших станцій (диски, принтери).

Переваги однорангових мереж: низька вартість та висока надійність.

Недоліки однорангових мереж:

залежність ефективності роботи мережі від кількості станцій;

складність керування мережею;

складність забезпечення захисту;

Проблеми оновлення та зміни програмного забезпечення станцій. Найбільшою популярністю користуються однорангові мережі на базі мережевих операційних систем LANtastic, NetWare Lite.

Мережа з виділеним сервером. У мережі з виділеним сервером один із комп'ютерів виконує функції зберігання даних, призначених для використання всіма робочими станціями, управління взаємодією між робочими станціями та рядом сервісних функцій.

Такий комп'ютер зазвичай називають сервером мережі. На ньому встановлюється мережева операційна система, до нього підключаються всі зовнішні пристрої, що розділяються - жорсткі диски, принтери і модеми.

Взаємодія між робочими станціями в мережі зазвичай здійснюється через сервер. Логічна організація такої мережі може бути представлена топологією зірка.Роль центрального пристрою виконує сервер. У мережах із централізованим управлінням існує можливість обміну інформацією між робочими станціями, минаючи файл-сервер. Для цього можна використовувати програму NetLink . Після запуску програми на двох робочих станціях можна передавати файли з диска однієї станції на диск іншої (аналогічно операції копіювання файлів з одного каталогу до іншого за допомогою програми Norton Commander).

Переваги мережі з виділеним сервером:

надійна система захисту;

висока швидкодія;

відсутність обмежень на кількість робочих станцій;

простота управління порівняно з однорангові мережі.

Недоліки мережі:

висока вартість через виділення одного комп'ютера під сервер;

залежність швидкодії та надійності мережі від сервера;

менша гнучкість у порівнянні з одноранговою мережею.

Мережі з виділеним сервером є найпоширенішими у користувачів комп'ютерних мереж. Мережеві операційні системи для таких мереж LANServer (IBM), Windows NT Server версій 3.51 та 4.0 та NetWare (Novell).

ТИПОВІ ТОПОЛОГІЇ І МЕТОДИ ДОСТУПУ ЛОМ

Фізичне передавальне середовище ЛОМ

Фізичне середовище забезпечує перенесення інформації між абонентами обчислювальної мережі. Як вже згадувалося, фізичне середовище ЛВС представлене трьома типами кабелів: кручена парапроводів, коаксіальний кабель, оптоволоконний кабель.

Кручена параскладається з двох ізольованих дротів, звитих між собою (рис. 6.19). Скручування проводів зменшує вплив зовнішніх електромагнітних полів на сигнали, що передаються. Найпростіший варіант кручений пари - телефонний кабель. Виті паримають різні характеристики, що визначаються розмірами, ізоляцією та кроком скручування. Дешевизна цього виду середовища, що передає, робить її досить популярною для ЛОМ.

Мал. 6.19. Вита пара проводів

Основний недолік крученої пари - погана схибленість і низька швидкість передачі інформації - 0,25 - 1 Мбіт/с. Технологічні вдосконалення дозволяють підвищити швидкість передачі і схибленість (екранована кручена пара), але при цьому зростає вартість цього типу передавального середовища.

Коаксіальний кабель (рис. 6.20) порівняно з крученою парою має більш високу механічну міцність, схибленість і забезпечує швидкість передачі інформації до 10-50 Мбіт/с. Для промислового використання випускаються два типи коаксіальних кабелів: товстий та тонкий. Товстий кабельміцніший і передає сигнали потрібної амплітуди на більшу відстань, ніж тонкий.У той же час/перегінний кабель значно дешевше. Коаксіальний кабель так само, як і кручена пара, є одним з популярних типів передавального середовища для ЛОМ.

Мал. 6.20. Коаксіальний кабель

Мал. 6.21. Оптоволоконний кабель

Оптоволоконний кабель -Ідеальна передавальна середовище (рис. 6.21). Він не схильний до дії електромагнітних полів і сам практично не має випромінювання. Остання властивість дозволяє використовувати його в мережах, що вимагають підвищеної таємності інформації.

Швидкість передачі по оптоволоконному кабелю понад 50 Мбіт/с. Порівняно з попередніми типами передавального середовища він дорожчий, менш технологічний в експлуатації.

ЛВС, що випускаються різними фірмами, або розраховані однією з типів передавальної середовища, або може бути реалізовані різних випадках, з урахуванням різних передавальних середовищ.

Основні топології ЛОМ

Обчислювальні машини, що входять до складу ЛОМ, можуть бути розташовані випадковим чином на території, де створюється обчислювальна мережа. Слід зазначити, що з способу звернення до передавальної середовища проживання і методів управління мережею небайдуже, як розташовані абонентські ЕОМ. Тому має сенс говорити про топологію ЛОМ.

Топологія ЛОМ- Це усереднена геометрична схема з'єднань вузлів мережі.

Топології обчислювальних мереж можуть бути різними, але для локальних обчислювальних мереж типовими є лише три: кільцева, шинна, зіркоподібна.

Іноді для спрощення використовують терміни - кільце, шинаі зірка.Не слід думати, що типи топологій, що розглядаються, являють собою ідеальне кільце, ідеальну пряму або зірку.

Будь-яку комп'ютерну мережуможна як сукупність вузлів.

Вузол- будь-який пристрій, безпосередньо підключений до передавального середовища мережі.

Топологія усереднює схему з'єднань вузлів мережі. Так, і еліпс, і замкнута крива, і замкнута ламана лінія належать до кільцевої топології, а незамкнута ламана лінія – до шинної.

Кільцеватопологія передбачає з'єднання вузлів мережі замкнутої кривої – кабелем передавального середовища (рис. 6.22). Вихід одного вузла мережі з'єднується із входом іншого. Інформація про кільце передається від вузла до вузла. Кожен проміжний вузол між передавачем та приймачем ретранслює надіслане повідомлення. Вузол, що приймає, розпізнає і отримує тільки адресовані йому повідомлення.

Мал. 6.22. Мережа кільцевої топології

Кільцева топологія ідеальна для мереж, що займають порівняно невеликий простір. У ній відсутня центральний вузол, що підвищує надійність мережі. Ретрансляція інформації дозволяє використовувати в якості середовища, що передає, будь-які типи кабелів.

Послідовна дисципліна обслуговування вузлів такої мережі знижує її швидкодію, а вихід з ладу одного з вузлів порушує цілісність кільця і вимагає вжиття спеціальних заходів для збереження тракту передачі інформації.

Шиннатопологія – одна з найпростіших (рис. 6.23). Вона пов'язана з використанням як передаючого середовища коаксіального кабелю. Дані від передавального вузла мережі поширюються по шині в обидва боки. Проміжні вузли не транслюють повідомлень, що надходять. Інформація надходить на всі вузли, але приймає повідомлення лише той, якому воно адресоване. Дисципліна обслуговування є паралельною.

Мал. 6.23. Мережа шинної топології

Це забезпечує високу швидкодію ЛОМ з шинною топологією. Мережа легко нарощувати та конфігурувати, а також адаптувати до різним системам. Мережа шинної топології стійка до можливим несправностямокремих вузлів.

Мережі шинної топології найпоширеніші нині. Слід зазначити, що вони мають малу протяжність і не дозволяють використовувати різні типи кабелів у межах однієї мережі.

Зіркоподібнатопологія (рис. 6.24) виходить з концепції центрального вузла, якого підключаються периферійні вузли. Кожен периферійний вузол має окрему лінію зв'язку з центральним вузлом. Вся інформація передається через центральний вузол, який ретранслює, перемикає та маршрутизує інформаційні потоки у мережі

Мал. 6.24.Мережа зіркоподібної топології

Зіркоподібна топологія значно спрощує взаємодію вузлів ЛОМ один з одним, дозволяє використовувати більш прості мережеві адаптери. У той же час працездатність ЛОМ із зіркоподібною топологією цілком залежить від центрального вузла.

У реальних обчислювальних мережах можуть використовуватися складніші топології, які у деяких випадках поєднання розглянутих.

Вибір тієї чи іншої топології визначається областю застосування ЛОМ, географічним розташуванням її вузлів та розмірністю мережі в цілому.

Методи доступу до передавального середовища

Середовище, що передає, є загальним ресурсом для всіх вузлів мережі. Щоб отримати можливість доступу до цього ресурсу з вузла мережі, потрібні спеціальні механізми - способи доступу.

Метод доступу до передавального середовища - метод, який забезпечує виконання сукупності правил, якими вузли мережі отримують доступом до ресурсу.

Існують два основні класи методів доступу: детерміновані, недетерміновані.

При детермінованихметоди доступу передавальне середовище розподіляється між вузлами за допомогою спеціального механізму управління, що гарантує передачу даних вузла протягом деякого, досить малого інтервалу часу.

Найбільш поширеними детермінованими методами доступу є метод опитування та метод передачі права. Метод опитування розглядався раніше. Він використовується переважно у мережах зіркоподібної топології.

Метод передачі права застосовується у мережах із кільцевою топологією. Він заснований на передачі через мережу спеціального повідомлення - маркера.

Маркер- службове повідомлення певного формату, в яке або мережі можуть поміщати свої інформаційні пакети.

Маркер циркулює по кільцю, і будь-який вузол, що має дані для передачі, поміщає їх у вільний маркер, встановлює ознаку зайнятості маркера та передає його по кільцю. Вузол, якому було адресовано повідомлення, приймає його, встановлює ознаку підтвердження прийому інформації та відправляє маркер у кільце.

Передавальний вузол, отримавши підтвердження, звільняє маркер і відправляє його до мережі. Існують методи доступу, які використовують кілька маркерів.

Недетерміновані - Випадкові методи доступу передбачають конкуренцію всіх вузлів мережі за право передачі. Можливі одночасні спроби передачі з боку кількох вузлів, у результаті виникають колізії.

Найбільш поширеним недетермінованим методом доступу є множинний метод доступу з контролем несучої частоти та виявлення колізій ( CSMA/CD ). По суті, це описаний раніше режим суперництва. Контроль несучої частоти полягає в тому, що вузол, який бажає передати повідомлення, "прослуховує" середу, що передає, чекаючи її звільнення. Якщо середовище вільне, вузол починає передачу.

Слід зазначити, що топологія мережі, метод доступу до середовищі і метод передачі тісно пов'язані один з одним. Визначальним компонентом є топологія мережі.

Призначення ЛОМ

Локальні обчислювальні мережі за останнє п'ятиріччя набули широкого поширення в різних галузях науки, техніки і виробництва.

Особливо широко ЛОМ застосовуються розробки колективних проектів, наприклад складних програмних комплексів. На базі ЛОМ можна створювати системи автоматизованого проектування. Це дозволяє реалізовувати нові технології проектування виробів машинобудування, радіоелектроніки та обчислювальної техніки. У разі розвитку ринкової економіки з'являється можливість створювати конкурентоспроможну продукцію, швидко модернізувати її, забезпечуючи реалізацію економічної стратегії підприємства.

ЛОМ дозволяють також реалізовувати нові інформаційні технології в системах організаційно-економічного управління.

У навчальних лабораторіях університетів ЛОМ дозволяють підвищити якість навчання та впроваджувати сучасні інтелектуальні технології навчання.

ОБ'ЄДНАННЯ ЛОМ

Причини об'єднання ЛОМ

Створена на певному етапі розвитку системи ЛОМ з часом перестає задовольняти потреби всіх користувачів, і тоді постає проблема розширення її функціональних можливостей. Може виникнути необхідність об'єднання всередині фірми різних ЛОМ, що у різних її відділах і філіях у час, хоча б організації обміну даними з іншими системами. Проблема розширення конфігурації мережі може бути вирішена як у межах обмеженого простору, так і з виходом у зовнішнє середовище.

Прагнення отримати вихід на певні інформаційні ресурсиможе вимагати підключення ЛОМ до мереж вищого рівня.

У найпростішому варіанті об'єднання ЛОМ необхідно розширення мережі загалом, але технічні можливості існуючої мережі вичерпані, нових абонентів підключити до неї не можна. Можна тільки створити ще одну ЛОМ і об'єднати її з існуючою, скориставшись одним з нижче перерахованих способів.

Способи об'єднання ЛОМ

Міст. Найпростіший варіант об'єднання ЛОМ - об'єднання однакових мереж у межах обмеженого простору. Фізичне середовище, що передає, накладає обмеження на довжину мережевого кабелю. У межах допустимої довжини будується відрізок мережі – мережевий сегмент. Для об'єднання мережевих сегментів використовуються мости.

Міст - пристрій, що з'єднує дві мережі, що використовують однакові ме тодіпередачі даних.

Мережі, які поєднує міст, повинні мати однакові мережеві рівні моделі взаємодії відкритих систем, нижні рівні можуть мати деякі відмінності.

Для мережі персональних комп'ютерівміст - окрема ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням та додатковою апаратурою. Міст може поєднувати мережі різних топологій, але які працюють під керуванням однотипних мережевих операційних систем.

Мости можуть бути локальними та віддаленими.

Локальнімости з'єднують мережі, які розташовані на обмеженій території в межах вже існуючої системи.

Видаленімости з'єднують мережі, рознесені територіально, з використанням зовнішніх каналів зв'язку та модемів.

Локальні мости, у свою чергу, поділяються на внутрішні та зовнішні.

Внутрішнімости зазвичай розташовуються на одній з ЕОМ цієї мережі та поєднують функцію моста з функцією абонентської ЕОМ. Розширення функцій здійснюється шляхом встановлення додаткової мережної плати.

Зовнішнімости передбачають використання виконання своїх функцій окремої ЕОМ зі спеціальним програмним забезпеченням.

Маршрутизатор (роутер). Мережа складної конфігурації, що є з'єднанням декількох мереж, потребує спеціального пристрою. Завдання цього пристрою - надіслати повідомлення адресату в потрібну мережу. Називається такий пристрій марштиризатором.

Маршрутизатор, або роутер, - пристрій, що з'єднує мережі різного типуале використовує одну операційну систему.

Маршрутизатор виконує свої функції на мережному рівні, тому залежить від протоколів обміну даними, але з залежить від типу мережі. За допомогою двох адрес - адреси мережі та адреси вузла маршрутизатор однозначно вибирає певну станцію мережі.

приклад6.7. Необхідно встановити зв'язок із абонентом телефонної мережі, який знаходиться в іншому місті. Спочатку набирається адреса телефонної мережі цього міста – код міста. Потім - адреса вузла цієї мережі - номер телефонуабонента. Функції маршрутизатора виконує апаратура АТС.

Маршрутизатор також може вибрати найкращий шлях для передачі повідомлення абоненту мережі, фільтрує інформацію, що проходить через нього, спрямовуючи до однієї мережі тільки ту інформацію, яка їй адресована.

Крім того, маршрутизатор забезпечує балансування навантаження в мережі, перенаправляючи потоки повідомлень вільними каналами зв'язку.

Шлюз.Для об'єднання ЛОМ абсолютно різних типів, які працюють за протоколами, що істотно відрізняються один від одного, передбачені спеціальні пристрої - шлюзи.

Шлюз- пристрій, що дозволяє організувати обмін даними між двома мережами, які використовують різні протоколи взаємодії.

Шлюз здійснює свої функції на рівнях вище за мережний. Він залежить від використовуваної передавальної середовища, але залежить від використовуваних протоколів обміну даними. Зазвичай шлюз виконує перетворення між двома протоколами.

За допомогою шлюзів можна підключити локальну обчислювальну мережу до комп'ютера, а також локальну мережу підключити до глобальної.

Приклад 6.8.Необхідно об'єднати локальні мережі в різних містах. Це завдання можна вирішити за допомогою глобальної мережі передачі даних. Такий мережею є мережу комутації пакетів з урахуванням протоколу Х.25. За допомогою шлюзу локальна обчислювальна мережа підключається до мережі X.2 S . Шлюз виконує необхідні перетворення протоколів та забезпечує обмін даними між мережами.

Мости, маршрутизатори і навіть шлюзи конструктивно виконуються як плат, які встановлюються в комп'ютерах. Функції свої можуть виконувати як в режимі повного виділення функцій, так і в режимі суміщення їх з функціями робочої станції обчислювальної мережі.

Для визначення завдань, поставлених перед складним об'єктом, а також для виділення головних характеристик і параметрів, якими він повинен мати, створюються загальні моделі таких об'єктів. Загальна модель обчислювальної мережі визначає характеристики мережі в цілому і характеристики та функції основних компонентів, що входять до неї.

Архітектура обчислювальної мережі- Опис її загальної моделі.____

Різноманітність виробників обчислювальних мереж та мережевих програмних продуктів поставило проблему поєднання мереж різних архітектур. Для її вирішення МОС розробила модель архітектури відкритих систем.

Відкрита система- система, що взаємодіє з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів.

Запропонована модель архітектури відкритих систем є базою для виробників розробки сумісного мережевого устаткування. Ця модель не є якимось фізичним тілом, окремі елементи якого можна сприймати. Модель є найзагальнішими рекомендаціями для побудови стандартів сумісних мережевих програмних продуктів. Ці рекомендації повинні бути реалізовані як в апаратурі, так і програмних засобів обчислювальних мереж.

7-й рівень - прикладний- Забезпечує підтримку прикладних процесів кінцевих користувачів. Цей рівень визначає коло прикладних завдань, що реалізуються в цій обчислювальній мережі. Він також містить усі необхідні елементи сервісу для прикладних програм користувача. На прикладний рівень можуть бути винесені деякі завдання мережної операційної системи.

6-й рівень - представницький- визначає синтаксис даних моделі, тобто. подання даних. Він гарантує представлення даних у кодах та форматах, прийнятих у цій системі. У деяких системах цей рівень може бути поєднаний із прикладним.

5-й рівень – сеансовий- реалізує встановлення та підтримку сеансу зв'язку між двома абонентами через комунікаційну мережу. Він дозволяє проводити обмін даними в режимі, визначеному прикладною програмою, або надає можливість вибору режиму обміну. Сеансовий рівень підтримує та завершує сеанс зв'язку.

Три верхні рівні об'єднуються під загальною назвою - процесабо прикладний процес. Ці рівні визначають функціональні особливості обчислювальної мережі як прикладної системи.

4-й рівень- Транспортний - забезпечує інтерфейс між процесами та мережею. Він встановлює логічні канали між процесами та забезпечує передачу цими каналами інформаційних пакетів, якими обмінюються процеси. Логічні канали, що встановлюються транспортним рівнем, називаються транспортними каналами.

Пакет- Група байтів, що передаються абонентами мережі один одному.

3-й рівень - мережевий- Визначає інтерфейс кінцевого обладнання данихкористувача з мережею комутації пакетів. Він також відповідає за маршрутизацію пакетів у комунікаційній мережі та за зв'язок між мережами – реалізує міжмережну взаємодію.

Мал. 6.16. Обробка повідомлень рівнями моделі ВОС

Примітка. У техніці комунікацій використовується термін кінцеве обладнання даних. Він визначає будь-яку апаратуру, підключену до каналу зв'язку, у системі обробки даних (комп'ютер, термінал, спеціальна апаратура).

2-й рівень - канальний- Рівень ланки даних - реалізує процес передачі інформації по інформаційному каналу. Інформаційний канал - логічний канал, він встановлюється між двома ЕОМ, з'єднаними фізичним каналом. Канальний рівень забезпечує керування потоком даних у вигляді кадрів, в які упаковуються інформаційні пакети, виявляє помилки передачі та реалізує алгоритм відновлення інформації у разі виявлення збоїв або втрат даних.

1-й рівень – фізичний- Виконує всі необхідні процедури в каналі зв'язку. Його основне завдання - управління апаратурою передачі даних та підключеним до неї каналом зв'язку.

Увага!Кожен рівень моделі взаємодії відкритих систем реагує лише на свій заголовок.

Примітка. На рис. 6.16 показано процес проходження даних через рівні моделі. Кожен рівень додає свій заголовок – 3.

Функції інших рівнів реалізуються як програмних модулів - драйверів.

Робота мережі полягає у передачі даних від одного комп'ютера до іншого. У цьому вся процесі можна назвати кілька окремих завдань:

· Розпізнати дані (вибрати дані для передачі з файлової системи);

· Розбити дані на керовані блоки (повідомлення – на пакети);

· Додати інформацію до кожного блоку (адреса джерела, адреса приймача, інформацію для синхронізації та інформацію для перевірки помилок);

· Помістити дані в мережу та надіслати їх за вказаною адресою.

Мережева операційна система при виконанні всіх завдань дотримується суворого набору процедур. Ці процедури називаються протоколами чи правилами поведінки. Протоколи регламентують кожну мережеву операцію. Стандартні протоколи дозволяють програмному та апаратного забезпеченнярізних виробників нормально взаємодіяти.

Модель OSI(Open System Interconnection reference model – еталонна модель взаємодії відкритих систем) є набір стандартних протоколів. Вона створена на основі технічних пропозицій Міжнародного інституту стандартів ISO у 1984 році.

Архітектура моделі

У моделі OSI мережеві функції розподілені між сімома рівнями. Кожному рівню відповідають різні мережеві операції, обладнання та протоколи.

Таблиця 9.1.

Модель мережевої архітектури

На кожному рівні виконуються певні мережеві функції, які взаємодіють з функціями сусідніх рівнів, що знаходяться вище і нижче. Наприклад, Транспортний рівень повинен взаємодіяти лише з сеансовим та мережевим рівнем.

Нижні рівні – Фізичний та Канальний визначають фізичне середовище передачі даних та супутні завдання (такі, як передача бітів даних через плату мережевого адаптерата кабель). Найвищі рівні визначають, як здійснюється доступ додатків до послуг зв'язку. Чим вищий рівень, тим складніше завдання він вирішує.

Взаємодія рівнів моделі OSI

Завдання кожного рівня – надання послуг вищому рівню, «маскуючи» деталі реалізації цих послуг. При цьому кожен рівень на одному комп'ютері працює так, ніби він безпосередньо пов'язаний із таким самим рівнем на іншому комп'ютері. Ця логічна, чи віртуальна, зв'язок між однаковими рівнями показано на рис.9.9. Однак насправді зв'язок здійснюється між суміжними рівнями одного комп'ютера. програмне забезпечення, що працює на кожному рівні, реалізує певні мережеві функції відповідно до набору протоколів.

Обмін даними в системах зв'язку відбувається шляхом їхнього переміщення з верхнього рівня на нижній, потім транспортування і, нарешті, зворотним відтворенням на комп'ютері клієнта в результаті переміщення з нижнього рівня на верхній (див. рис.9.9).

Рис.9.9 Взаємодія рівнів мережевої моделі

Розглянемо цей процес докладніше. Нехай програма звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад до файлової служби. На підставі цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається з заголовка та поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку необхідно передати через мережу прикладного рівня машини-адресата, щоб повідомити йому, яку роботу треба виконати (заголовок повинен містити інформацію про місце знаходження файлу та про тип операції, яку над ним треба виконати). Прикладний рівень спрямовує повідомлення вниз по стеку представницького рівня.

Протокол представницького рівня на підставі інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії та додає до повідомлення власну службову інформацію – заголовок представницького рівня, в якому містяться вказівки для протоколу представницького рівня машини адресата.

Нарешті, повідомлення досягає фізичного рівня, який передає його лініями зв'язку машині адресата. До цього моменту повідомлення "обростає" заголовками всіх рівнів. Коли повідомлення надходить на машину адресата, воно приймається фізичним рівнем і послідовно переміщається вгору з рівня на рівень. Кожен рівень аналізує та обробляє заголовок свого рівня, виконує відповідні даному рівнюфункції, потім видаляє цей заголовок і передає повідомлення вищележачому рівню.

Прикладний рівень

Є вікном для доступу прикладних процесів до мережевих послуг. Цей рівень забезпечує послуги, що безпосередньо підтримують програми користувача, такі як програмне забезпечення для передачі файлів, доступу до баз даних та електронна пошта. Одиниця даних цьому рівні – повідомлення. На цьому рівні діють протоколи: FTP (File Transfer Protocol – протокол передачі файлів), HTTP ( Hyper Text Transfer Protocol – протокол передачі гіпертексту), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – протокол передачі) електронної пошти), Telnet (протокол емуляції терміналу) та ін.

Представницький рівень

Визначає формат, який використовується для обміну даними між мережевими комп'ютерами. Цей рівень можна назвати перекладачем. На комп'ютері-відправнику дані, що надійшли від прикладного рівня, на цьому рівні перетворюються на загальнозрозумілий проміжний формат. На комп'ютері-одержувачі на цьому рівні відбувається переведення з проміжного формату до того, що використовується Прикладним рівнем. даного комп'ютера. Представницький рівень відповідає за перетворення протоколів, трансляцію даних, їх шифрування, зміну або перетворення застосовуваного набору символів (кодової таблиці), керує стисненням даних для зменшення бітів, що передаються.

Сеансовий рівень

Цей рівень дозволяє двом програмам на різних комп'ютерахвстановлювати, використовувати та завершувати з'єднання, зване сеансом. Сеансовий рівень забезпечує синхронізацію між завданнями користувача за допомогою розстановки в потоці даних контрольних точок. Таким чином, у випадку мережевої помилки, потрібно знову передавати лише дані, що йдуть за останньою контрольною точкою. У цьому рівні виконується управління діалогом між взаємодіючими процесами, тобто. регулюється, яка зі сторін здійснює передачу, коли, як довго і т.д. на практиці функції цього рівня зазвичай поєднують з прикладним рівнем і реалізують в одному протоколі.

Транспортний рівень

На транспортному рівні повідомлення, що надходять з верхніх рівнів, перепакуються: довгі розбиваються на кілька пакетів, а короткі об'єднуються в один. Це збільшує ефективність передачі пакетів через мережу. На шляху передачі пакети можуть бути спотворені/втрачені, тому транспортний рівень забезпечує верхнім рівням (сеансовому та прикладному) передачу даних з необхідним рівнем надійності.

Модель OSI передбачає кілька класів сервісу, що надається транспортним рівнем, що відрізняються якістю послуг:

1) терміновістю передачі;

2) можливістю відновлення перерваного зв'язку;

3) можливістю виявлення та виправлення помилок;

4) можливістю визначення втрати чи дублювання пакетів.

На цьому рівні працюють два протоколи UPD та TCP, які реалізують різні режими доставки пакетів.

Протокол UPD (User Datagram Protocol – дейтограмний протокол) використовується в тому випадку, коли завдання надійного обміну даними або взагалі не ставиться, або вирішується засобами вищого рівня (системними прикладними службами або додатками користувача).

Протокол TCP(Transmission Control Protocol – протокол встановлення з'єднання) забезпечує гарантовану доставку пакетів. Протокол встановлює логічне з'єднання між комп'ютерами-абонентами, що дозволяє йому нумерувати пакети, підтверджувати їх прийом квитанціями, у разі втрати організувати повторні передачі, розпізнавати і знищувати дублікати.

Мережевий рівень

Мережевий рівень служить утворення єдиної транспортної системи, що об'єднує кілька мереж, можливо, різних технологій. Усередині локальної мережі використовується адресація канального рівня – mac – адресація, передачі пакетів між мережами така адресація годиться. Потрібно нова системаадресації – структурований IP – адреса, у якому виділяються, по крайнього заходу, 2 частини (номер мережі та номер вузла у цій мережі). Таким чином, на мережевому рівні термін «мережа» - це сукупність робочих станцій, з'єднаних за типовою технологією та які використовують один із протоколів канального рівня. Це сукупність комп'ютерів із однаковим номером мережі.

Мережі з'єднуються між собою за допомогою маршрутизаторів, які працюють з IP-адресами. Щоб передати пакет із однієї мережі до іншої, необхідно виконати кілька транзитних передач через інші мережі, тобто. виконати кілька "хопів" (hop - стрибок).

Перш ніж передавати дані, кожен маршрутизатор будує таблицю маршрутизації, в якій вказується, як передавати пакет до кожної мережі призначення. Для цього маршрутизатор здійснює обмін даними з іншими маршрутизаторами, таким чином у кожного маршрутизатора в результаті утворюється структура зв'язків у мережі, по якій він може вибрати маршрути. При виборі маршрутів використовуються критерії, які вказуються в IP-заголовку пакета.

Інші завдання мережного рівня:

1) узгодження різних технологій (трансляція пакетів);

2) перетворення IP – адреси наступного маршрутизатора в mac-адресу для того, щоб сформувати заголовок канального рівня при виконанні хопа;

3) якщо пакет передається з мережі з більшим значенням МТІ в мережу з меншим значенням (Ethernet→Token Ring), маршрутизатор фрагментує пакет, тобто. розбиває його на менші блоки.

На мережному рівні працюють принаймні два види протоколів:

1) Мережеві протоколи, які безпосередньо просувають пакети у складній мережі

IP – Internet Protocol

IPX – Internet Protocol фірми Novell

2) Протоколи маршрутизації, які перед відправкою пакетів збирають інформацію зв'язки у мережі і будують у результаті таблицю маршрутизації, якою і працюють мережеві протоколи.

RIP – Routing Internet Protocol; OSPF, RIP

Канальний рівень

Здійснює передачу кадрів даних від Мережевого рівня до Фізичного. Кадр – це логічно організована структура, у яких можна поміщати дані (див. рис.9.10). Канальний рівень комп'ютера одержувача пакує «сирий» потік бітів, які від Фізичного рівня, у кадри даних. Даний рівень вирішує завдання доступу до каналу зв'язку, виявляє та коригує помилки за допомогою CRC (залишок надлишкової циклічної суми), керує повтором передачі (у разі пошкодження чи втрати кадрів), перевіркою mac – адреси. Приклади протоколів, що працюють на канальному рівні: Token Ring, FDDI, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, які реалізуються в персональних комп'ютерах, комутаторах, маршрутизаторах, мережевих адаптерах.

Мал. 9.10 Структура кадру

Фізичний рівень

Цей рівень здійснює передачу неструктурованого, «сирого» потоку бітів за фізичним середовищем (наприклад, мережному кабелю). Тут реалізуються електричний, оптичний, механічний та функціональний інтерфейси з кабелем. Фізичний рівень також формує сигнали, які переносять дані, що надійшли від вищих рівнів. На цьому рівні визначається тип мережного кабелю та спосіб його з'єднання з платою мережевого адаптера, зокрема кількість контактів у роз'ємах та їх функції. Крім того, тут визначається спосіб передачі даних по мережному кабелю (Ethernet та Token Ring). Фізичний рівень призначений передачі бітів (нулів і одиниць) від однієї комп'ютера до іншого. Зміст самих бітів цьому рівні значення немає. Цей рівень відповідає за кодування даних та синхронізацію бітів, гарантуючи, що передана одиниця буде сприйнята саме як одиниця, а не як нуль. Даний рівень встановлює тривалість кожного біта і спосіб переведення біта у відповідні електричні або оптичні імпульси, що передаються мережним кабелем. Фізично також визначають, чи використовується для передачі даних симплексний, напівдуплексний або дуплексний режим зв'язку. Він містить подробиці про мережеву топологію.

Анотація: Методологічне обґрунтування відкритих систем як сукупності концепцій та заснованих на них еталонних моделей. Модель OSI.

2.1. Методологічний базис відкритих систем

Процес стандартизації інформаційних технологійповинен мати методологічну основу, яка дозволила б обґрунтовано визначати об'єкти, методи та інструменти стандартизації. При цьому поняття інформаційні технологіїтрактується так: " Інформаційні технологіївключають специфікацію, проектування та розробку програмно-апаратних і телекомунікаційних систем і засобів, що мають справу з пошуком і збором інформації, поданням, організацією, обробкою, безпекою, зберіганням, передачею, а також обміном та управлінням інформацією". Таке тлумачення і єдина методологічна база реалізована у вигляді методологічного базису відкритих систем.

Методологічно базис відкритих системскладається з сукупності концепцій та заснованих на них еталонних моделей:

концептуальна основа та принципи побудови відкритих систем;
еталонна модель оточень відкритих систем (Open System Environment Reference Model – OSE RM);
еталонна модель взаємозв'язку відкритих систем (Open Systems Interconnection Reference Model – OSI RM);
апарат розробки та використання профілів ІТ/ІС, призначений для створення відкритих систем у просторі стандартизованих рішень;
таксономія профілів;
Концепція тестування конформності систем ІТ вихідним стандартам та профілям.

Найбільш вагомими результатами в становленні методології базису відкритих системсьогодні є:

створення системи спеціалізованих міжнародних організацій з цілісної розробки та стандартизації відкритих систем;
розробка еталонних моделей та відповідних їм базових специфікацій для найважливіших розділів області ІТ, що дозволило сформувати концептуальний та функціональний базис простору для створення інформаційних технологій та систем (ІТ/ІВ);
розробка та широке використання концепції профілю, що надає апарат для специфікування та документування складних та багатопрофільних відкритих ІТ/ІС, що задають функціональності базових специфікацій та/або профілів;
розробка таксономії профілів, що є класифікаційною системою ІТ/ІВ і забезпечує систематичну ідентифікацію профілів у просторі ІТ/ІВ;
розробка концепції та методології відповідності реалізацій ІТ/ІС тим специфікаціям, що ними реалізуються.

Методологічний базис інформаційних технологій, основну частину якого складають специфікації ІТ різних рівнів абстракції, формується на основі ієрархічного підходу, що сприяє аналізу його структури за допомогою деякої багаторівневої моделі.

Мал. 2.1.

Модель орієнтована на керівників ІТ-служб та менеджерів проектів, відповідальних за придбання/розробку, впровадження, експлуатацію та розвиток інформаційних систем, що складаються з їх неоднорідних програмно-апаратних та комунікаційних засобів. Прикладні програми у середовищі OSE можуть включати:

системи реального часу (Real Time System – RTS) та вбудовані системи (Embedded System – ES);
системи обробки транзакцій (Transaction Processing System – TPS);
системи управління базами даних (DataBase Management System – DBMS);
різноманітні системи підтримки ухвалення рішення (Decision Support System - DSS);
управлінські інформаційні системи адміністративного (Executive Information System – EIS) та виробничого (Enterprise Resource Planning – ERP) призначення;
географічні інформаційні системи (Geographic Information System – GIS);
інші спеціалізовані системи, в яких можуть застосовуватись специфікації, що рекомендуються міжнародними організаціями.

З точки зору виробників та користувачів середовище OSE є досить універсальною функціональною інфраструктурою, що регламентує та полегшує розробку або придбання, експлуатацію та супровід прикладних захищених систем, які:

виконуються на будь-якій платформі постачальника або користувача;
використовують будь-яку операційну систему;
забезпечують доступ до бази даних та управління даними;
обмінюються даними та взаємодіють через мережі будь-яких постачальників та в локальних мережах споживачів;
взаємодіють із користувачами через стандартні інтерфейси у системі загального інтерфейсу "користувач - комп'ютер".

Таким чином, середовище OSE підтримує "переносні, масштабовані та взаємодіючі прикладні комп'ютерні програмичерез стандартні функціональності, інтерфейси, формати даних, протоколи обміну та доступу.

Стандартами можуть бути міжнародні, національні та інші загальнодоступні специфікації та угоди. Ці стандарти та специфікації доступні будь-якому розробнику, постачальнику та користувачу обчислювального та комунікаційного програмного забезпечення та обладнання при побудові систем та засобів, які відповідають критеріям OSE.

переносиміякщо вони реалізовані на стандартних платформах і написані на стандартизованих мовах програмування. Вони працюють зі стандартними інтерфейсами, які пов'язують їх з обчислювальним середовищем, читають та створюють дані у стандартних форматах і передають їх відповідно до стандартних протоколів, що виконуються у різних обчислювальних середовищах.

Прикладні програми та засоби OSE масштабованісеред різних платформ і мережевих конфігурацій - від персональних комп'ютерів до потужних серверів, від локальних системдля розпаралелених обчислень до великих GRID-систем. Різницю в об'ємах обчислювальних ресурсів на будь-якій платформі користувач може помітити за деякими непрямими ознаками, наприклад, за швидкістю виконання прикладної програми, але ніколи - з відмов роботи системи.

Прикладні програми та засоби OSE взаємодіють один з одним, якщо вони надають послуги користувачу, використовуючи стандартні протоколи, формати обміну даними та інтерфейси систем спільної чи розподіленої обробки даних для цілеспрямованого використання інформації. Процес передачі інформації з однієї платформи на іншу через локальну обчислювальну мережу або комбінацію будь-яких мереж (аж до глобальних) має бути абсолютно прозорим для прикладних програм та користувачів і не викликати технічних труднощів при використанні. При цьому місцезнаходження та розташування інших платформ, операційних систем, баз даних, програм та користувачів не повинно мати значення для прикладного засобу, що використовується.

Робоча група 1003.0 POSIX IEEE розробила еталонну модель OSE (Open Systems Environment/Reference Model – OSE/RM). Ця модель описана на міжнародному рівні у технічному звіті TR 14250 комітету JTC1 (рис. 2.2).

В описі моделі використовується два типи елементів:

логічні об'єкти, що включають прикладне програмне забезпечення (ППО), прикладні платформи і зовнішнє функціональне середовище;
інтерфейси, що містять інтерфейс прикладної системи та інтерфейс обміну із зовнішнім середовищем.

Логічні об'єктипредставлені трьома класами, інтерфейси – двома. У контексті еталонної моделі OSE прикладне програмне забезпечення включає безпосередньо коди програм, дані, документацію, тестуючі, допоміжні та навчальні засоби (рис. 2.3).

Мал. 2.3.

Прикладна платформаскладається із сукупності програмно-апаратних компонентів, що реалізують системні послуги, що використовуються ППО. Поняття прикладної платформи не включає конкретну реалізацію функціональних можливостей. Наприклад, платформа може являти собою процесор, що використовується декількома додатками, так і велику розподілену систему.

Зовнішнє середовище платформскладається з елементів, зовнішніх стосовно ППО та прикладної платформи (робочі станції, зовнішні периферійні пристрої збору, обробки та передачі даних, об'єкти комунікаційної інфраструктури, послуги інших платформ, операційних систем або мережевих пристроїв).

Інтерфейс прикладної програми(Application Program Interface - API) є інтерфейсом між ППО та прикладною платформою. Основна функція API – підтримка переносимості ППО. Класифікація API здійснюється залежно від типу послуг, що реалізуються: взаємодія в системі "користувач - комп'ютер", обмін інформацією між додатками, внутрішні послуги системи, комунікаційні послуги.

Інтерфейс обміну із зовнішнім середовищем (External Environment Interface - EEI) забезпечує передачу інформації між прикладною платформою та зовнішнім середовищем, а також між прикладними програмами, які виконуються на одній платформі.

Мал. 2.4.

Еталонна модель OSE/RM реалізує та регулює взаємини "постачальник - користувач". Логічні об'єкти прикладної платформи та зовнішнього середовищає постачальником послуг, ППО – користувачем. Вони взаємодіють за допомогою набору API та EEI інтерфейсів, визначених моделлю POSIX OSE (рис. 2.4).

Інтерфейс EEI є сукупністю всіх трьох інтерфейсів (CSI, HCI, ISI), кожен з яких має характеристики, що визначаються зовнішнім пристроєм (рис. 2.5):

інтерфейс комунікаційних сервісів(Communication Service Interface – CSI) – інтерфейс, який забезпечує сервіс для реалізації взаємодії із зовнішніми системами. Реалізація взаємодії здійснюється за допомогою стандартизації протоколів та форматів даних, якими можна обмінюватись за встановленими протоколами
людино-машинний інтерфейс(Human Computer Interface - HCI) - інтерфейс, через який здійснюється фізична взаємодія користувача та системи програмного забезпечення
інтерфейс інформаційних сервісів(Information Service Interface - ISI) - межа взаємодії з зовнішньою пам'яттюдовгострокового зберігання даних. Забезпечується стандартизацією форматів та синтаксису подання даних.

Мал. 2.5.

Прикладна платформа через обидва основні інтерфейси до платформи надає послуги для різних застосувань.

Середовище OSE забезпечує функціонування ППО, використовуючи певні правила, компоненти, методи поєднання елементів системи (Plug Compatibility) та модульний підхід до розробки програмних та інформаційних систем. Достоїнствами моделі є виділення довкілля в самостійний елемент, що має певні функції та відповідний інтерфейс, та можливість її застосування для опису систем, побудованих на основі архітектури "клієнт-сервер". Відносний недолік - не всі необхідні специфікації представлені лише на рівні міжнародних гармонізованих стандартів.

Архітектура обчислювальної мережі- Опис її загальної моделі.

Різноманітність виробників обчислювальних мереж та мережевих програмних продуктів поставило проблему поєднання мереж різних архітектур. Для її вирішення МОС розробила модель архітектури відкритих систем.

Відкрита система- система, що взаємодіє з іншими системами відповідно до прийнятих стандартів.

Мал. 8. Еталонна модель архітектури відкритих систем.

7-й рівень- Прикладний - забезпечує підтримку прикладних процесів кінцевих користувачів. Цей рівень визначає коло прикладних завдань, що реалізуються в цій обчислювальній мережі. Він також містить усі необхідні елементи сервісу для прикладних програм користувача. На прикладний рівень можуть бути винесені деякі завдання мережної операційної системи.

6-й рівень- представницький - визначає синтаксис даних моделі, тобто. подання даних. Він гарантує представлення даних у кодах та форматах, прийнятих у цій системі. У деяких системах цей рівень може бути поєднаний із прикладним.

5-й рівень- сеансовий – реалізує встановлення та підтримку сеансу зв'язку між двома абонентами через комунікаційну мережу. Він дозволяє проводити обмін даними в режимі, визначеному прикладною програмою, або надає можливість вибору режиму обміну. Сеансовий рівень підтримує та завершує сеанс зв'язку.

Три верхні рівні об'єднуються під загальною назвою - процес або прикладний процес. Ці рівні визначають функціональні особливості обчислювальної мережі як прикладної системи.

4-й рівень- Транспортний - забезпечує інтерфейс між процесами та мережею. Він встановлює логічні канали між процесами та забезпечує передачу цими каналами інформаційних пакетів, якими обмінюються процеси. Логічні канали, встановлені транспортним рівнем, називаються транспортними каналами.

Пакет- Група байтів, що передаються абонентами мережі один одному.

3-й рівень- Мережевий - визначає інтерфейс кінцевого обладнання даних користувача з мережею комутації пакетів. Він також відповідає за маршрутизацію пакетів у комунікаційній мережі та за зв'язок між мережами – реалізує міжмережну взаємодію.

Примітка. У техніці комунікацій використовується термін кінцеве обладнання даних. Він визначає будь-яку апаратуру, підключену до каналу; зв'язку, у системі обробки даних (комп'ютер, термінал, спеціальна апаратура).

2-й рівень- канальний – рівень ланки даних – реалізує процес передачі інформації по інформаційному каналу. Інформаційний канал - логічний канал, він встановлюється між двома ЕОМ, з'єднаними фізичним каналом Канальний рівень забезпечує управління потоком даних у вигляді кадрів, в яких упаковуються інформаційні пакети, виявляє помилки передачі та реалізує алгоритм відновлення інформації у разі виявлення збоїв або втрат даних.

1-й рівень- фізичний – виконує всі необхідні процедури у каналі зв'язку. Його основне завдання - управління апаратурою передачі даних та підключеним до неї каналом зв'язку.

При передачі інформації від прикладного процесу мережу відбувається її обробка рівнями моделі взаємодії відкритих систем (рис. 9).

Мал. 9. Обробка повідомлень рівнями моделі ВОС

Отже, нехай додаток звертається із запитом до прикладного рівня, наприклад файлової служби. З цього запиту програмне забезпечення прикладного рівня формує повідомлення стандартного формату. Звичайне повідомлення складається з заголовка та поля даних. Заголовок містить службову інформацію, яку необхідно передати через мережу прикладного рівня машини-адресата, щоб повідомити, яку роботу треба виконати. У нашому випадку заголовок, очевидно, повинен містити інформацію про місце знаходження файлу та про тип операції, яку необхідно над ним виконати. Поле даних повідомлення може бути порожнім або містити будь-які дані, наприклад, ті, які необхідно записати в віддалений файл. Але для того, щоб доставити цю інформацію за призначенням, доведеться вирішити ще багато завдань, відповідальність за які несуть рівні, що нижче.

Після формування повідомлення прикладний рівень спрямовує його вниз по стеку представницького рівня. Протокол представницького рівня виходячи з інформації, отриманої із заголовка прикладного рівня, виконує необхідні дії та додає до повідомлення власну службову інформацію - заголовок представницького рівня, у якому містяться вказівки для протоколу представницького рівня машини-адресата. Отримане в результаті повідомлення передається вниз сеансовому рівню, який у свою чергу додає свій заголовок, і т.д. .) Нарешті, повідомлення досягає нижнього, фізичного рівня, який власне і передає його лініями зв'язку машині-адресату. На цей момент повідомлення «обростає» заголовками всіх рівнів (рис. 9.1).

Коли повідомлення через мережу надходить на машину - адресат, воно приймається її фізичним рівнем і послідовно переміщається вгору з рівня до рівня. Кожен рівень аналізує та обробляє заголовок свого рівня, виконуючи відповідні даному рівню функції, а потім видаляє цей заголовок і передає повідомлення вищому рівню.

Кожен рівень реагує лише на свій заголовок. Заголовки верхніх рівнів нижніми рівнями не сприймаються і змінюються - вони " прозорі " для нижніх рівнів. Так, переміщаючись за рівнями моделі ВОС, інформація нарешті надходить до процесу, якому вона була адресована.

Гідність семирівневої моделі ВОС.

У процесі розвитку та вдосконалення будь-якої системи виникає потреба змінювати її окремі компоненти. Іноді це викликає необхідність змінювати й інші компоненти, що суттєво ускладнює та ускладнює процес модернізації системи.

Функції інших рівнів реалізуються як програмних модулів - драйверів.

Комп'ютерний портал osblog

2.1. Методологічний базис відкритих систем

ПОХОДЖЕННЯ СТАТТІ