ИТОЛОГИЯ - наука об информационных технологиях

В. Сухомлин, НИВЦ МГУ, учебные материалы конференции Индустрия Программирования 96, Центр Информационных Технологий

В последнее десятилетие произошло становление новой науки - науки об информационных технологиях (ИТ-науки) или итологии, основными характерными чертами которой являются:

Предмет итологии - информационные технологии (ИТ), а также процессы, связанные с их созданием и применением.

Основными методами итологии являются:

  1. Создание основ научного знания в виде методологичекого ядра (метазнаний), представляющего собой целостную систему эталонных моделей важнейших разделов ИТ, осуществляющего структуризацию научного знания в целом. Данный метод получил название архитектурной спецификации.
  2. Представление ИТ в виде спецификаций поведения реализаций ИТ, т.е. ИТ-систем, которое может наблюдаться на интерфейсах (границах) этих систем. Данный метод называют также функциональной спецификацией.
  3. Стандартизация спецификаций ИТ и управление их жизненным циклом, осуществляемая системой специализированных международных организаций на основе строго регламентированной деятельности. Данный процесс обеспечивает накопление базовых сертифицированных научных знаний, служит основой создания открытых технологий.
  4. Аппарат (концепция и методология) проверки соответствия (аттестации) реализаций ИТ (т.е. ИТ-систем) ИТ-спецификациям, на основе которых данные ИТ-системы были разработаны (по существу данный аппарат играет такую же роль в пространстве информационных технологий, как и эпсилон-дельта аппарат в математическом анализе).
  5. Профилирование ИТ или разработка функциональных профилей ИТ - метод построения спецификаций комплексных технологий посредством комбинирования базовых и производных от них (представленных в стандартизованном виде) спецификаций с соответствующей параметрической настройкой этих спецификаций (по существу профилирование является композиционным оператором в пространстве ИТ с базисом, в качестве которого выступают базовые, т.е. стандартные спецификации).
  6. Таксономия (классификационная система) профилей ИТ, обеспечивающая уникальность идентификации в пространстве ИТ, явное отражение взаимосвязей ИТ между собой.
  7. Разнообразные методы формализации и алгоритмизации знаний, методы конструирования прикладных информационных технологий (пара-дигмы, языки программирования, базовые открытые технологии, функциональное профилирование ИТ и т.п.).

Основные особенности итологии

  1. Предметом итологии являются ИТ, представляемые в двух видах:
    1. в формальном, в виде спецификаций ИТ;
    2. в виде ИТ-систем, т.е. реализаций спецификаций ИТ.
  2. Предметом итологии являются динамические развиваемые сущности.

Являясь отражением той или иной человеческой деятельности, ИТ изменяются на протяжении их жизненного цикла. Характеризуется созидательностью, направленностью на преображение бытия, практики общества, неудержимостью проникновения во все сферы жизни и формы деятельности человека с целью их качественного преобразования. Самая агрессивная из всех наук.

  1. Общезначимая научная дисциплина, играющая такую же важную междисциплинарную роль как математика или философия. При этом роль итологии должна рассматриваться:
  2. Индустрализация науки, проявляющаяся как в ее тесной связи с информационной индустрией, так и в активном участии промышленности в развитии самой науки.
  3. Важность всеоблемлющей стандартизации как концептуальных основ и методов, так и самих ИТ.
  4. Создание мощной международная системы специализированных организаций для плановой разработки новых концепций и технологий, их гармонизации и сертификации в качестве международных стандартов, управления жизненным циклом стандартов ИТ, поддержания их в согласованном состоянии, разработки методов и средств аттестации ИТ-систем.
  5. Несет черты бюрократической дисциплины, знания которой представляются в виде обезличенных документов, имеющих стандартизованную форму.
  6. Является правопреемницей математики как инструмент формализации знаний.

Организационная структура в области стандартизации ИТ

Организационная структура, поддерживающая процесс стандартизации ИТ, включает три основных группы организаций:

а) Международные организации, входящие в структуру ООН;

б) Промышленные профессиональные или административные организации;

с) Промышленные консорциумы.

OSF (Open Software Foundation - Основание открытого программного обеспечения). Имеет следующие предложения: OSF/1 (Соответствует стандарту POSIX и XPG4) MOTIF - графический пользовательский интерфейс (Distributed Computer Environment) DCE - технология интеграции платформ: DEC, HP, SUN, MIT, Siemens, Microsoft, Transarc DME (Distributed Management Environment) ~=~ NMF

Международные организации по стандартизации, входящие в структуру ООН:

Промышленные, профессиональные или административные организации

Промышленные консорциумы

Структура JTC1 и состав основных подкомитетов по стандартизации ИТ

В 1987 г. ISO и IEC объединили свою деятельность в области стандартизации ИТ, создав единый орган JTC1 (Joint Technical Committee 1 - Объединенный технический коммитет 1), предназначенный для формирования всеобъемлющей системы базовых стандартов в области ИТ и их расширений для конкретных сфер деятельности.

Работа над стандартами ИТ в JTC1 тематически распределена по подкомитетам (Subcommittees - SC).

В дополнение создана специальная группа по функциональным стандартам (Special Group on Functional Standards - SGFS) для обработки предложений по Международным стандартизованным профилям (International Standardized Profiles - ISP s), представляющим пределения профилей ИТ.

Ниже показаны подкомитеты и группы JTC1, связанные с разработкой стандартов ИТ, относящихся к окружению открытых систем (Open Systems Environment - OSE).

JTC1:

Организация ITU-T

(International Telecommunication Union-Telecommunications Международный союз по телекоммуникации-телекоммуникация)

ITU-T несет ответственность за разработку и согласование Рекомедаций, которые обеспечивают интероперабельность телекоммуникационного сервиса в глобальном масштабе, в частности, сервиса, связанного с передачей данных, интегрированного телекоммуникационного сервиса для голоса и данных; сервиса передачи сообщений и справочной службы (стандартов OSI и ODP).

Основные исследовательские группы (Study Groups - SGs):

ITU-T

Имеется тесное сотрудничество между JTC1 и ITU-T. Основной формой сотрудничества является соглашение об общем тексте для стандартов ISO/IEC (т.е. JTC1) и рекомендаций и ITU-T/CCITT, относящихся к одним и тем же аспектам в областях OSI и ODP.

Структура знаний итологии

Структура знаний имеет многоуровневую организацию

  1. Концептуальный уровень или уровень метазнаний, состоит из архитектурных спецификаций, называемых эталонными моделями (Reference Model). Архитектурные спецификации предназначены для структуризации спецификаций функций некоторой области.
  2. Базовые спецификации, определяющие индивидуальные функции или наборы функций, вошедшие в состав эталонных моделей.
  3. Локальные профили (например, OSI - профили)
  4. OSE-профили (специализация поведения открытых систем
  5. Полные OSE-профили (профили платформ и систем).
  6. OSE-профили прикладных технологий
  7. Стратегические профили (например, GOSIP).

Спецификации OSE предназначены для описания поведения ИТ-систем на их границах, называемых интерфейсами.

Построение OSE-спецификаций осуществляется с помощью аппарата профилей на основе базовых или стандартных спецификаций.

Структура знаний итологии

Архитектурные спецификации

Имеюся следующие основные эталонные модели:

Разрабатываются и близки к опубликованию:

Базовые спецификации

Базовые функции ОС; определяются стандартами по окружению открытых систем POSIX (Portable Operaring System Interface for Computer Environments) - ISO/IEC 9945:1990.

Функции управления базами данных; включают язык баз данных SQL (Structured Query Language), информационную справочную систему (Information Resource Dictionary System - IRDS), протокол распределенных операций RDA (Remote Data base Access).

Функции пользовательского интерфейса; включают следующие ИТ: MOTIF из OSF для графического пользовательского интерфейса (GUI); система X Windows, охватывающая рпоцедуры GUI и телекоммуникации; стандарты для виртуального терминала (Virtual Terminal - VT), включая Telenet, определяющую процедуры для работы VT в символьном режиме через транпортную службу TCP/IP; cтандарты машинной графики GKS (Grafical Kernel System - ISO/IEC 7942), PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics System, а также CGI (Computer Graphics Interface).

Функции взаимосвязи открытых систем, включая спецификации сервиса и протоколов, разработанные в соответствии с моделью OSI (рекомендации серии X 200); стандарта локальных сетей (IEEE 802); спецификации сети Internet.

Функции распределенной обработки, включая базовые спецификации OSI (Remote Procedure Call - RPC; Commitment, Concurrency and Recovery - CCR; Distributed Transaction Processing - TP; File Transfer, Access and Management (FTAM), OSI Management, а также API для доступа к сервису Object Request Broker (ORB) в архитектуре CORBA, API, определяющий базовые возможности такого сервиса (Commom Object Services - COS 1), язык спецификации интерфейсов объектов IDL (Interface Definition Language) и его проекции на ООП.

Распределенные приложения, включая, спецификации специальных сервисных элементов прикладного уровня модели OSI, стандартов Internet, OMG, X/Open. В частности, к ним относятся: система обработки сообщений MHS (Message Handling System - X.400), служба справочника (The Directory - X.500) и др.

Cтруктуры данных и документов, в том, числе средства языка ASN.1 (Abstract Syntax Notation One - ISO/IEC 8824:1990), предназначенного для спецификации прикладных структур данных, т.е. абстрактного синтаксиса прикладных объектов; спецификация структур учрежденческих документов (Office Document Architecture (ODA) - T.411-T.418, T.421, T.502, T.505, T.506; структура документов для производства - Standard Generalized Markup Language (SGML - ISO/IEC 8876:1986); форматы метафайла для представления графической информации: Computer Graphics Metafile (CGM); стандарт на сообщения и элементы данных для электронного обмена данными в управлении, коммерции и торговле (стандарт EDIFACT - Electronic Data Interchange for Administration, Commence and Trade); языки описания документов гипермалтимедиа: HyTime (ISO/IEC 10744:1992), SMDL (Standard Music Description Language - ISO/IEC 1074:1992), SMSL (Standard Multimedia/Hypermedia Scripting Language - ISO/SC1/WG8:1993), SPDS (Standard Page Description Language - ISO/IEC 10180:1994), DSSSL (Document Style Semantics and Specification Language - ISO/IEC 10179), HTML (HyperText Markup Language) и др.

Роль и назначение концепции профиля

  1. Реализует пакетирование и идентификацию комбинаций базовых стандартов и ISPs, вместе с указанными для них ограничениями, включая: соответствующие классы и поднаборы сервиса, опции и параметры, необходимые для поддержки технологических функций (как, например, интероперабельность) или поддержки класса приложений (как, например, обработка транзакций).
  2. Поддерживает и связывает воедино такие аспекты, как: определение, документирование, стандартизация, реализация, аттестация реализаций, сопровождение спецификаций ИТ.
  3. Поддерживает создание системы идентификации и классификационной схемы ИТ-профилей.
  4. Поддерживает единую методику документирования ИТ-профилей (в виде ISP).
  5. Профиль является базисом для создания средств (тестовых пакетов - test suites) и методов тестирования реализаций ИТ, с целью аттестации последних на международном уровне.
  6. Является проводником в практику стандартизованных решений, воплощающих концептуальные построения эталонных моделей.
  7. Является опорной точкой для создания вокруг деятельности по функциональной стандартизации климата, способствовавшего разработке гармонизированных профилей, т.е. профилей, для которых достигалась бы большая мера согласия.

Определение профилей

Определение профиля включает следующие его элементы:

Типовая структура документа ISP

FOREWORD // Предисловие

INTRODUCTION // Введение

1. SCOPE // Область применения + Scenario

2. NORMATIVE REFERENCES // Нормативные ссылки

3. DEFINITIONS // Определения

4. ABBREVIATIONS // Сокращения

5. CONFORMANCE // Соответствие

6. Requirements specifications related to each base standard // Спецификации требований для каждого базового стандарта

NORMATIVE ANNEXES - задающие требования соотвествия профиля в табличном представлении.

INFORMATIVE ANNEXES - содержащие объяснения и руководства, если это требуется.

В дополнении к 10000-1 приводятся правила составления каждого из элементов ISP, соответствующие правилам IEC/ISO. (В случае разбиения ISP на части, каждая часть должна удовлетворять этой структуре).

Требования к содержанию и формату ISP

  1. Профили непосредственно связаны с базовами стандартами и аттестация на соответствие профилю подразумевает аттестацию на соответствие этим базовым стандартам.
  2. ISPs должны удовлетворять правилам IEC/ISO для представления проектов и самих международных стандартов.
  3. ISP должен быть компактным документом, не повторяющим текста документов, на которые он ссылается.
  4. Определение одного профиля может включать ссылки на определение других.
  5. Многие профили документируются и публикуются в виде отдельных ISPs. Однако для тесно связанных между собой профилей может быть использован более подходящий для такого случая механизм многокомпонентных ISPs (multipart ISPs). Многокомпонетные ISPs позволяют избежать копирование общего текста для связанных профилей.
  6. Для каждого профиля должна обеспечиваться спецификация тестирования профиля (Profile Test Specification), которая определяется или как часть ISP или как отдельный самостоятельный ISP. В последнем случае в исходном ISP используется ссылка на этот документ.

Семантика аттестации на соответствие профилю

Аттестация системы на соответствие данному профилю влечет ее соответствие тем спецификациям, на которые имелись ссылки в профиле (с учетом параметризации используемых спецификаций).

Аттестационные требования классифицируются следующим образом:

  1. обязательные требования (mandatory requirements), т.е. требования, которые должны рассматриваться во всех случаях;
  2. необязательные или дополнительные требования (options requirements), т.е. требования, рассматриваемые только в том случае, когда реализация включает соответствующую опцию.

Дополнительно, требования могут определяться как:

  1. безусловные, применимые всегда;
  2. условные: требования, которые при некоторых условиях могут быть обязательными, при некоторых других - дополнительными, а еще при каких-либо - неприменимыми к реализации вообще.

Чтобы оценить соответствие конкретной реализации, необходимо иметь некоторое описание (заявку) реализованных возможностей, включая описание опций и ограничений с тем, чтобы реализация могла быть испытана на соответствие только требованиям, соответствующим ее возможностям и только им. Такое описание называется заявкой соответствия реализации (Implementation Comformance Statement - ICS).

В реализации профиля возможно использование точек, в которых обеспечивается управление и отслеживания событий тестирования. Эти точки, например, могли бы входить в интерфейсы профилей.

Испытание реализации на соответствие профилю требует наличие спецификации аттестационных тестов для данного профиля. Так как профиль представляется набором ссылок на базовые стандарты и ISPs, спецификация аттестационных тестов для профиля основывается на аттестационных тестах входящих в состав профиля стандартов и ISPs, с сответствующим выбором и параметризации тестов.

Свойства профилей

  1. Профиль только ограничивает функциональность базовой спецификации, благодаря выбору его опций и значений параметров. Таким образом функциональность профилей вытекает из функциональности выбранных в них базовых стандартов.
  2. Профили не могут содержать никаких требований, противоречивых с базовым стандартом, они лишь осуществляют выбор соответствующих опций и диапазонов значений параметров.
  3. Профиль может содержать дополнительные более специальные или ограничительные аттестационные требования. Таким образом аттестация на соответствие профилю подразумевает аттестацию на соответствие всему набору составляющих его спецификаций, в частности, базовых стандартов, на которые он ссылается.

Цели OSE-профилей

В рассматриваемом документе свойства открытости систем, являющимися и целями OSE-профилей, развиваются до следующего набора:

Определения

  1. Стандарт (по определению ISO). Технический стандарт или другой документ, доступный и опубликованный, коллективно разработанный или согласованный и общепринятый в интересах тех, кто им пользуется, основанный на интеграции результатов науки, технологии, опыта, способствующий повышению общественного блага и принятый организациями, признанными на национальном, региональном и международном уровне.
  2. Базовый стандарт (часто именуется формальным стандартом или базовыми спецификациями). Принятый международный стандарт или Рекомендация организации ITU-T (до 1993 г. - CCITT).
  3. ИТ-система (IT system). Совокупность ресурсов информационных технологий, предоставляющих сервис (услуги) на одном или большем числе интерфейсов.
  4. Профиль (Profile) - набор, состоящий из одного или большего числа базовых стандартов и/или ISPs (см. ниже), содержащий указание области применимости, а также указание выбранных классов обслуживания, аттестационных наборов, опций и параметров тех базовых стандартов и ISPs, которые необходимы для выполнения конкретной (прикладной) функции.
  5. ISP (International Standardized Profile - Международный стандартизованный профиль). Согласованный на международном уровне официальный документ, описывающий один или несколько профилей.
  6. Таксономия (Taxonomy) - классификационная схема, применяемая для однозначной индентификации профилей или наборов профилей.
  7. OSE (Open Systems Environment - Окружение открытых систем).

Полный набор интерфейсов, услуг, форматов, а также пользовательских аспектов, обеспечивающих интероперабельность и/или переносимость приложений (программ), данных, людей в рамках соотвествующих спецификаций базовых стандартов и профилей информационных технологий.

  1. SE-профиль. Профиль, который специфицирует все поведение ИТ-системы или часть ее поведения на одном или большем числе интерфейсов OSE.
  2. OSI-профиль - конкретный профиль, составленный из базовых стандартов, соответствующих модели OSI, и/или базовых стандартов представления форматов и данных (т.е. F - профилей).
  3. Переносимость (portability) - свойство системы (продукта), позволяющее с возможно меньшими накладными расходами или без таковых осуществлять перенос программного обеспечения, информации и пользователей системы с одной прикладной платформы на другую.
  4. Интероперабельность (interoperability) - возможность совместного использования информации и ресурсов компонентами распределенной системы.
  5. Масштабируемость (scability) - свойство системы, позволяющее ей эффективно работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы.
  6. Прикладное ПО (Aplication Software - Прикладное программное обеспечение). Программное обеспечение - специфическое для некоторого приложения и состоящее из программ, данных и документации.
  7. Прикладная платформа (Aplication Platform). Набор программно-аппаратных ресурсов, необходимых для поддержки услуг, предоставляемых для выполнения прикладного ПО.
  8. API-интерфейс (Application Program Interface - Интерфейс прикладной программы). Интерфейс между прикладным ПО и прикладной платформой, через который обеспечиваются все услуги.
  9. CSI-интерфейс (Communication Services Interface - Интерфейс коммуникационных услуг). Граница, через которую обеспечивается доступ к услугам, реализующим взаимодействие между внутренними объектами ПО и внешними объектами прикладной платформы.
  10. HCI-интерфейс (Human/Computer Interface - Человеко-машинный интерфейс). Граница, через которую имеет место физическое взаимодействие между человеком и прикладной платформой.
  11. ISI-интерфейс (Information Services Interface - Интерфейс информационных услуг). Граница, через которую обеспечивается сервис внешнего хранилища данных

Таксономия OSE-профилей

Цель таксономии OSE-профилей - обеспечить классификационную схему, применяемую к любому профилю. Для этого применяется метод структурированных идентификаторов.

Структурированный идентификатор имеет следующие компоненты:

  1. Корневой мнемоники или корня (root mnemonic) - короткой символьной строки, обозначающей область использования OSE-профиля. Например, EDI (для Electronic Data Interchange) или MED (для медицинских приложений).
  2. Числовая строка, средующая за корнем и используемая для разбиения на подразделы области применения профиля.
  3. Характеристика специфицируемых интерфейсов (суффикс), состоящая от одной до указанных ниже четырех букв, следующих в алфавитном порядке:

C - для CSI
I - для ISI
H - для HCI
P - для API
(Рассматривается использование буквы F для F-профилей).

Примеры:
идент-р облать OSE-профиля тип интерфейсов
AMHnnn-CMessaging functions CSI
AFTkkk-CP File function CSI/API
WINaaa-H Windows functions HCI
MEDkkk-CHP Medical functions CSI/HCI/API

В таксономии возможно указание профилей, цитируемых в конкретном OSE-профиле, при этом для идентификации OSE-профиля используется функциональная форма записи:

MEDkkk-CHP(FTmmm-CP, WINiii-H)

Классы OSI-профилей:

Классы T- и U-профилей подразделяются на группы.

Группа - набор T- или U-профилей, которые являются совместимыми, в том смысле, что ИТ-системы, реализующие различные профили из данной группы, могут осуществлять взаимодействие в соотвествии с моделью OSI минимально в объеме обязательных средств профилей этой группы.

Таксономия подсетевых услуг

abcd Тип подсети
1 СЕТЬ ДАННЫХ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ (СДКП)
2 ЦИФРОВОЙ КАНАЛ ДАННЫХ
3 АНАЛОГОВЫЙ ТЕЛЕФОННЫЙ КАНАЛ
4 ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (ISDN)
41 Служба полупостоянных каналов
411 В-канал
4111 Работа ООД-ООД по Х.25
42 Служба в режиме коммутации каналов
421 В-канал
4211 Работа ООД-ООД по Х.25
5 ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ
51 CSMA/CD
52 Шина с маркерным доступом
53 Кольцо с маркерным доступом
54 FDDI

Примеры идентификаторов транспотных профилей:

TB4111 Работа ООД-ООД по Х.25 через ISDN (COTS over CONS)

TA51 CSMA/CD LAN (COTS over CLNS)