-2-

ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ  СИСТЕМ

          

Логика развития телекоммуникаций потребовала создания в последнее время единого глобального информационного пространства (GII), кото­рое представляет собой совокупность информационно-телекоммуника­ционных технологий, функционирующих на основе единых принципов и общих правил [14]. Сейчас GII находится в стадии становления и включает:

•     информационные ресурсы, содержащие данные, сведения и зна­ния, зафиксированные на соответствующих носителях информа­ции;

•     организационные структуры, обеспечивающие сбор, обработку, хранение, распространение, поиск и передачу информации;

•     средства информационного взаимодействия, обеспечивающие до­ступ к информационным ресурсам на основе соответствующих информационно-телекоммуникационных технологий.

Для успешного решения концептуальных и текущих проблем развития GII все более интенсивно ведутся разработки новых принципов и техно­логий, а также соответствующих им стандартов. Практическое вопло­щение таких разработок предполагает использование уже существую­щего технологического окружения, а также его последующую модернизацию и интеграцию на базе более совершенных принципов. Потенциальными сервисами в этом случае служат услуги телефонии, передачи данных и приложений, например, сети Интернет и др.

 

2.1. ОСНОВНЫЕ СЕРВИСЫ И БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ GII

 

Согласно [14-16] GII представляет собой глобальную интегрированную среду телекоммуникационных и информационных сервисов (услуг), которая основана на композиции ряда базовых технологий и обеспечи­вает качественные изменения условий деятельности и жизни человека. С учетом структуры стандартов GII, известных как «GII Roadmap» или «Gil Standards Roadmap» [17], состав основных сервисов, приложений и сетевых технологий является той характеристикой, которая и опреде­ляет особенности GII. Поэтому для достижения отмеченных условий среда должна обеспечивать [14]:

•     приемлемость по стоимости услуг (affordability), предоставляе­мых GII;

•     доступность (availability), отражающую возможность использова­ния сервисов или ресурсов GII;

•     поддержку национальных и местных особенностей (диалогов) в элементах культуры (cultural elements), позволяющую использо­вать национальные алфавиты и соответствующие им шрифты, ло­кальные правила представления адресов и различных кодов (дат, телефонных номеров, валюты, наименований стран и пр.);

•     интероперабельность (interoperability), как способность систем или приложений обмениваться и использовать совместно различную информацию;

•     управляемость (manageability), предоставляющую организациям и пользователям возможность контролировать распространение и использование различных ресурсов;

•     минимальность (minimalism), заключающуюся в использовании наи­меньших ресурсов, которые необходимы для функционирования;

•     мобильность (mobility), обеспечивающую возможность доступа к ресурсам при различном местоположении пользователя, в том чис­ле при его перемещении, а также способность инфраструктуры GII идентифицировать и определять местоположение источника запросов;

•     непрерывность обслуживания в пространстве и во времени (nomadicity);

•     производительность (performance) и такие характеристики, как, например, время ответа, пропускная способность, скорость обработки транзакций, скорость регенерации изображений и пр.;

•     переносимость (portability), позволяющую легко переносить про­граммное обеспечение и данные с одной системы на другую;

•     качественность (quality), обеспечивающую такой уровень каче­ства, который ожидает получить пользователь сервиса;

•     надежность (reliability), определяемую вероятностью того, что про­дукт или система будут выполнять свои функции должным обра­зом в течение определенного периода времени;

•     масштабируемость (scalability), отражающую свойство продуктов, сервисов, систем эффективно выполнять свои функции в широком  диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики нижележащей платформы и/или поддерживающей среды (примерами таких характеристик могут служить: число проссоров, число узлов сети, максимальное число обслуживаемых  пользователей, количество обрабатываемых транзакций);

•     безопасность (security), обеспечивающую защиту ресурсов (аппа­ратных, программных, информационных) от случайных или пред­намеренных действий, вызывающих несанкционированный доступ к ресурсам и нарушение конфиденциальности их использования, модификацию и разрушение ресурсов, а также раскрытие инфор­мации;

•     легкость использования (usability) продуктов, сервисов, прило­жений GIL

Для достижения этих свойств в GII используются базовые технологии следующих видов индустрии:

•      компьютерная;                                                                                         

•     телекоммуникационная;

•     бытовых электронных приборов (consumer electronics);

•     информационных приложений или сервисов, называемых также ,     индустрией содержательных сервисов или приложений (content or

application industry), которых определяют установленные сценарии предоставления услуг (сервиса) конечному пользователю обеспечи­вая согласованность, целостность, законченность и их комбинации.

С целью описания и анализа свойств GII организации, занимающиеся стандартизацией в данной области (ISO, IEC, ITU), разработали совокуп­ность моделей, которые позволяют на основе концепции взаимосвязи открытых систем рассматривать объект исследования с разных точек зрения. При этом под открытой системой (open system) подразумевает­ся система, реализующая открытые спецификации (стандарты) на интер­фейсы, службы и форматы данных, достаточные для того, чтобы обеспе­чить отмеченные выше условия деятельности человека [18].

Согласно определению, данному IEEE, открытые системы — это систе­мы, в которых реализован «исчерпывающий и согласованный набор меж­дународных стандартов информационных технологий и профилей функ­циональных стандартов, которые специфицируют интерфейсы, службы и поддерживают форматы, чтобы обеспечить интероперабельность и мобиль­ность приложений, данных и персонала» [19]. Таким образом, основой, обеспечивающей реализацию открытых систем, служит совокупность стан­дартов, которые взаимосогласованны со стандартами GII и включают:

•     базовый стандарт — международный стандарт ISO или ITU;

•     функциональный стандарт — документ, согласованный в меж­дународном или национальном масштабе, охватывающий несколь­ко базовых стандартов или профилей;

•     профиль — стандарт или совокупность нескольких базовых стан­дартов и других спецификаций, определяющих услуги, доступ­ные для конкретной прикладной задачи в конкретной сети.

Учитывая значимость для GII понятий открытости и определяющих ее факторов, рассмотрим среду открытых систем как базис для обеспече­ния их взаимодействия и реализации концепции GIL

 

2.2. ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ СРВДЫ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

 

В наиболее общем понимании среда открытых систем (Open System Environment — OSE) является функциональной инфраструктурой, обес­печивающей поддержку, переносимость, масштабируемость и взаимо­действие прикладных процессов через стандартные услуги, интерфей­сы, форматы и протоколы. Такая среда описывается эталонной моделью среды открытых систем (OSE/RM), относящейся к категории ссылоч­ных моделей (referernce model), которая позволяет определять номенк­латуру интерфейсов и протоколов взаимодействия между компонента­ми открытых информационных систем (ОИС) [18].                         

В OSE/RM используются два типа объектов [14]:

•     логические объекты, включающие прикладное программное обес­печение, прикладные платформы и внешние функциональные среды платформы;

•     интерфейсы, включающие интерфейс прикладной программы и интерфейс с внешней средой.

Логические объекты эталонной модели OSE в свою очередь включают три класса (рис. 2.1):

■   прикладное программное обеспечение в виде прикладных про­грамм, данных, документации и средств обучения пользовате­лей;

■   прикладную платформу, состоящую из аппаратной платфор­мы и программного обеспечения — операционной системы, си­стемы управления базами данных и графических систем;

■   внешнюю среду, включающую внешние по отношению к при­кладной платформе и прикладному программному обеспече­нию системные элементы — периферийные устройства,

а интерфейсы подразделяются на два типа:

•     интерфейс прикладной программы (Application Programming Interface — API), который является интерфейсом между приклад­ным программным обеспечением и прикладной платформой и служит для поддержки переносимости прикладного программно­го обеспечения. API классифицируется в соответствии с четырь­мя доступными через одноименный порт типами услуг: внутрен­ние услуги системы, коммуникационные услуги, услуги обмена информацией и услуги интерфейса «человек — машина»;

•     интерфейс с внешней средой (External Environment Interface — EEI), который обеспечивает передачу информации между при­кладной платформой и внешней средой, а также между приклад­ными программами, выполняемыми на одной и той же платфор­ме, и состоит главным образом из протоколов и форматов данных. EEI предоставляет большие возможности для взаимодействия с внешней средой и классифицируется в соответствии с тремя ти­пами предоставляемых услуг по обмену информацией с пользова­телем — человеком, с внешними хранилищами данных, с други­ми прикладными платформами.     

     

                 

В самом простом случае OSE/RM отражает взаимосвязь «пользователь -оператор», где прикладное программное обеспечение является пользова­телем предоставляемых услуг, а логические объекты прикладной плат­формы и внешней среды — поставщиками услуг. Так как среды могут иметь различные, в том числе пересекающиеся области требований к услугам, определяемым независимо друг от друга, каждая услуга соглас­но OSE/RM представляется во всех средах в стандартной форме и оп­ределяет требования к интерфейсам API и EEI. В этом случае принятый профиль OSE состоит из выбранного набора открытых (общедоступных) согласованных стандартов и спецификаций, определяющих различные услуги в эталонной модели OSE/RM. Ограничив этот профиль конкрет­ной функциональной средой или группой сред, интересных для отдель­ных применений, создается соответствующей им профиль. В отличие от профиля OSE профиль переносимости прикладных программ (Application Portaility Profile — АРР) представляет собой профиль, который охваты­вает широкий круг прикладных областей, не включая всего существую­щего набора прикладных программ. Стандарты и спецификации профи­ля АРР определяют форматы данных, интерфейсы, протоколы или их комбинацию, а также представление функциональных услуг [18]:

•     услуги операционной системы (OS), являющиеся основными в обеспечении функций прикладной платформы;

•     услуги интерфейса «человек - машина» (HCI), определяющие метод взаимодействия человека с прикладной программой;

•     услуги управления данными (DM), выполняемые независимо от процессов, создающих и коллективно использующих эти данные;

•     услуги обмена данными (DI), обеспечивающие конкретную под­держку обмена информацией, включая формат и семантику эле­ментов данных между прикладными программами одной и той же или различных платформ;

•     услуги программной инженерии (SWE), охватывающие стандар­тные языки программирования и инструменты программной ин­женерии;

•     услуги машинной графики (GS), обеспечивающие функции, необходимые для создания выводимых на экран дисплея изобра­жений и манипулирования этими изображениями. К этим услу­гам относятся определение элементов изображения и управление этими элементами;

•     сетевые услуги (NS), создающие для распределенных приклад­ных программ механизмы доступа к данным и взаимодействия между ними в неоднородной сетевой среде.

Кроме перечисленных семи основных видов услуг в модели предусмот­рены также услуги, которые  встроены во все основные услуги. Это:

•     услуги защиты информации, предназначенные для обеспечения защищенного распространения информации, целостности информа­ции и защиты инфраструктуры от несанкционированного доступа;

•     услуги административного управления, являющиеся неотъемлемой частью любой операции, выполняемой в функциональной среде открытых систем и обеспечивающие механизмы контроля и управ­ления для операций, осуществляемых отдельными прикладными программами в базах данных, системах, платформах, сетях, а так­же средства взаимодействия пользователя с этими компонентами.

Рассмотренная модель нашла свое развитие в совокупности моделей GII [14] и в трехмерной модели среды открытых систем [19]. Последняя представлена на рис. 2.2 и конкретизирует рассмотренную выше OSE/ RM эталонную модель, что позволяет определить интерфейсы и прото­колы взаимодействия как между приложениями в пределах одной сис­темы, так и между приложениями двух и более взаимодействующих систем, вступая во взаимосвязь с «внешним миром» (пользователем и внешней средой) посредством пользовательского интерфейса (User Interface — Ш) и интерфейса с внешней средой (External Environment Interface — EEI), соответственно.

Отсюда, взаимодействие любой информационной системы с пользо­вателем и внешней средой можно представить в соответствии с рис. 2.2, а собственно ОИС — в виде рис. 2.3, где рассмотренные интерфейсы показаны в виде секущих плоскостей [19]. Здесь следует отметить, что данные интерфейсы определяют сопряжение системы с внешней средой при выполнении следующих групп функций:

•     взаимосвязи с пользователем (User — U);

•     представления и хранения данных (Information — I);

•     коммуникаций (Communication - С),

фактически скрывая под оболочкой среды ИС функцию организации и обработки данных (System — S).         

2.3. МОДЕЛИ Gll

 

GII представляет собой чрезвычайно сложную комплексную техноло­гию, которую невозможно представить в виде некоторой единой эталон­ной модели, поэтому для определения свойств, услуг, принципов функ­ционирования, организационной структуры и других аспектов GII используется набор различных моделей, а именно:

•     модель эволюционирующей среды;                   

•     структурная модель;

•     модель функционального группирования;                                

•     модель блочного представления;

•     функциональная модель.

Используя материалы [14], рассмотрим данные модели более подробно.

Наиболее общей моделью пользовательского видения GII служит ее представление в виде эволюционирующей среды, реализующей:

•     аккумулирование и интеграцию разнообразных информационных, коммуникационных, проблемно-ориентированных услуг, напри­мер, прикладных сервисов в виде электронной почты, видеокон­ференции, телемаркетинга, телемедицины, дистантного образо­вания и т. п.;

•     гарантированный персональный доступ к сервисам и ресурсам GII независимо от времени и места нахождения потребителя с помо­щью интеллектуальных информационных средств, таких как раз­личные терминалы, устройства ввода/вывода данных, коммуни­кационные приборы, оборудование по обработке информации, а также их комбинации;

•     все организационно-технологические аспекты поддержки функ­ционирования GII.

Рис. 2.4. Модель доступа пользователя к информационным и коммуникационным сервисам GII

 

При этом обобщенная модель доступа пользователя к прикладным и ком­муникационным сервисам сетевой инфраструктуры GII (рис. 2.4), включа­ет компоненты, схематично представленные в виде эллипсов, и может соответствовать различным типам современных сетевых технологий, ин­тегрированных в единую всеобъемлющую телекоммуникационную среду. Сетевыми компонентами GII могут быть системы узкополосного и широ­кополосного ISDN, сетей пакетной коммутации (PSDN) и кабельного теле­видения (CATV), различных современных локальных сетей (LAN) и т. д. Для более детального описания GII применяется структурная модель, построение которой основано на методе функциональной декомпозиции (в противовес физическому представлению). Такая модель определяет функциональную структуру GII (Functional structure of the GII) и состо­ит из следующих функциональных уровней:

•     уровня сетевой инфраструктуры (Network infrastructure) — само­го нижнего уровня;

•     уровня программного обеспечения среднего уровня (Middleware);

•     уровня приложений (Application).

Сетевая инфраструктура предоставляет сервис для транспортировки различных видов информации и, как отмечено выше, использует раз­нообразные типы сетей, посредством которых реализуется доступ пользо­вателей к ресурсам GII.

Средний уровень включает функции, реализующие универсальные сервисы различных приложений, к которым относятся, например, сред­ства обеспечения защиты информации, служба справочника, служба имен, сервисы управления данными, учет стоимости обслуживания (биллинг) и т. п.

Уровень приложений охватывает широкий спектр сетевых и инфор­мационных проблемно-ориентированных услуг (сервисов), предоставление которых конечному пользователю составляет основное назначение GII и включает электронную почту, телефонный сервис, видеоконфе­ренции, телемаркетинг, телемедицину, интерактивную передачу речи и видеоданных, оперативный поиск распределенных документов гипер­мультимедиа.

Последующая детализация представления структуры GII включает описание композиций групп однородных функций с помощью трех мо­делей, называемых моделями функционального группирования (Functional groupings).

Первая модель включает четыре группы функций, назначение которых в зависимости от уровней абстракции упорядочено следующим образом:

•     Сетевой уровень (Network Level) — самый нижний:

■   включает сети коммутации, транспортные сети, пользователь­ские сети;

■   обеспечивает сервис транспортировки информации между око­нечными системами;                                               

■   обеспечивает поддержку сетевого управления.

•     Уровень организации работы сетевой инфраструктуры (Networking Level):                                                         

■   моделирует логические сети, включая соответствующие сред­ства административного управления работой сетей, средства управления соединениями и сервисами;

■   включает средства комплексирования и организации совмест­ной работы разнотипных сетевых технологий;

■   обеспечивает различные функции для управления работой ни­жележащего сетевого уровня.

•     Уровень сервиса (Service Level):

■    реализует функции обработки, хранения и распределения ин­формации;

■    предоставляет функции вызова приложений и управления ими;

■   осуществляет поддержку мультимедиа технологий;

■   предоставляет развитые телекоммуникационные сервисы как   для бизнес-приложений, так и для конечных пользователей.

•     Уровень приложений (Application Level):

■   содержит весь спектр предоставляемых GII прикладных услуг.

Затем детализация модели функционального группирования включает разбиение групп функций на подгруппы, выделенные в блоки, напри­мер, отражающие функции Middleware, такие как:

•     распределенную обработку и хранение информации (Distributed Information Processing&Storage Services);

•     средства, обеспечивающие предоставление сервиса (Enabling and Feature Providing Services), в частности, включающие функции регистрации, аутентификации, защиты информации, справочни­ка, бюджетирования и биллинга и пр.

Другая модель функционального группирования предполагает выделе­ние на верхнем уровне следующих трех функциональных блоков:

•     области сетевых операций (Network Operations Domain — NOD);

•     сервисов распределенной обработки и хранения информации (Distributed Information Processing&Storage Services — IP&SP);

•     сервисов основной и функционально расширенной коммуника­ции для бизнес-приложений.

Функциональный блок NOD в свою очередь представлен в виде компо­зиции следующих модулей:

•     платформы транспортировки и управления (Transport and Control Platform — T&CP);

•    платформы обеспечения функционально расширенного сервиса (Enhanced Service Providing Platform — ESPP);

•     платформы управления (Management Platform — MP);           

•    основных и расширенных телекоммуникационных сервисов

(Basic&Enhanced Telecommunications Services).

Окончательно детализацию описания свойств GII осуществляют так называемые функциональные модели (Functional model), в частности модель, определяющая состав функционально-ориентированных систем сетевой инфраструктуры (элементов GII) и стековую структуру их фун­кциональных модулей. При этом  элементами GII могут служить:

•     оконечное оборудование пользователей (End User Equipment — EUE), как, например, информационные приборы (Information Apptainces — IA);

•     сети доступа к ядру сетевой инфраструктуры GII (Access Network);

•     сети ядра инфраструктуры GII (Core Network);

•    пользовательские, например, домашние сети (Customer Premises Network);                                                                                   •    серверы приложений (Application Server) и пр. Стековые структуры в свою очередь зависят от типа реализующих их систем, например, для оконечной системы такой стек состоит из следу­ющих пяти уровней модулей:

•     транспортного (transport), обеспечивающего базовый сервис транс­портировки данных;

•     управления транспортом (transport control), реализующего расширенные функции сетевого управления, например, управление

виртуальными сетями;

•     навигации (navigation), обеспечивающего функциональность, свя­занную с поиском и перемещением информации в сети по запро­сам пользователей;

•     форматирования информации с целью переформатирования дан­ных при использовании многих форматов представления данных, а также обеспечения вывода информации в терминах культур­ных элементов конечного пользователя;

•     собственно приложений (Application).

Для сетевых элементов инфраструктуры GII стек включает только два модуля самых нижних уровней.

 

2.4. ЯЗЫК ФОРМИРОВАНИЯ СЦЕНАРИЕВ GII

 

GII представляет собой объединение многих технологий, в частности, коммуникационных, хранения и обработки информации, что при ана­лизе и проектировании конкретных сервисов требует рассмотрения ком­позиции взаимосвязанных функций, систем и процессов.

Понятие сценария вводится прежде всего как графическое представле­ние конфигураций функциональных и сетевых элементов GII, а также их взаимосвязей и фактически представляет собой некоторый схемотехни­ческий язык, описывающий типовые решения по комплексированию GIL В общем случае язык сценариев можно рассматривать как методологичес­кое средство, способствующее систематизации, классификации и стандар­тизации GII. Последнее необходимо для того, чтобы разработать и сопро­вождать банк стандартных сценариев, описывающих типовые решения по комплексированию технологий GIL При этом следует различать общие или родовые элементы сценариев, соответствующие общим типам объек­тов, и их экземпляры, конкретизирующие типы элементов вплоть до ука­зания ссылок на конкретные стандарты, которым эти элементы должны удовлетворять. Это распространяется на все элементы GII: типы, интер­фейсы, функциональные блоки, а также на сами сценарии.

Рассмотрим один из примеров использования данного языка, предва­рительно представив состав его базовых элементов, в частности:

•     backbone switching network (коммутирующий бэкбон сетевой ин­фраструктуры GII);

•     local switching network (коммутирующая локальная сеть);

•     local distribution network (сеть локального распространения);

•     final distribution or drop network (конечная сеть пути доступа);

•     customer premises network (пользовательская домашняя сеть);

•     information appliances (информационные приборы);

•     access network (сети доступа к ядру сетевой инфраструктуры GII);

•     core network (сети ядра инфраструктуры GII).                    

Состав данных элементов отражает подход к структурированию сетевой инфраструктуры GII, при котором сетевой путь взаимодействия, напри­мер, двух устройств абонентского доступа оконечных систем 1А-а и 1А-b можно представить в виде последовательности элементов:

1А-а <-> premises network <-> access network <-> core network <-> access network <-> premises network <-> lA-b,              

каждый из которых также может быть структурирован, например, струк­тура сети доступа к сетевому ядру GII (access network) в общем случае включает следующие сетевые элементы:

•     local switching network (локальная коммутирующая сеть),      

•     local distribution (сеть локального распространения),

•     final drop (конечная сеть).

Пример сетевой конфигурации, использующей отмеченные сетевые эле­менты, показан на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Модель структуризации сетевой инфраструктуры GII

 

Язык сценариев использует следующий набор основных понятий и сокращений:

•     Access-Network Interface (ANI) — интерфейс доступа к сети, представляет интерфейс между локальной сетью и сетью доступа.

•     Information Appliance (IA) — информационное устройство или при­бор — общий термин для терминальных устройств (устройств вво­да/вывода), используемых сервисными приложениями. Примерами таких устройств могут служить компьютеры, телефонные аппара­ты, телевизионные приемники и т. п.

•     Adaptation Unit (AU) — модуль или функция, осуществляющая со­пряжение конкретного информационного устройства со стандартным интерфейсом пользовательской сети (On-Premise Interface — OPI).

•     Adaptation Interface (Al) — интерфейс между адаптером и инфор­мационным устройством.

•     Drop-Distribution Interface (DDI) — интерфейс между сетью ло­кального распространения и конечной сетью, к которой подклю­чается пользовательская сеть.

•     GII Element или Element — любой элемент, включенный в GII, например, сеть, коммутатор, сервер приложений, информацион­ное устройство и т. п.

•     Network-to-Network Interface Type A (NNI-A) — интерфейс меж­ду бэкбоном (backbone) глобальной сети и локальной сетью.

•     Network-to-Network Interface Туре В (NNI-B) — интерфейс между двумя равноправными бэкбонами (backbone) глобальных сетей.

•     Premise-Attachment Interface (PAI) — интерфейс между внешней

сетью и внутренней сетью пользователя или оборудованием пользо­вателя.

•     On-Premise Interface (OPI) — интерфейс между пользовательской домашней сетью и информационным устройством.

•     Qualifier (квалификатор) — набор описателей протоколов.

Для построения сценариев используются также графические элементы, основными из которых являются:

•     элементы (сети или устройства), изображаемые в форме эллипса, внутри которого помещается тип изображаемого объекта;

•     функциональные модули, изображаемые прямоугольниками, внут­ри которых помещается название реализуемой функции или тип приложения;

•     интерфейсы, изображаемые закрашенным кружком, разделенным чертой — границей взаимодействия элементов, при этом над изоб­ражением интерфейса помещается текстовая строка с типом ин­терфейса, а под кружком интерфейса может находиться квали­фикатор, с помощью которого специфицируются протоколы, реализующие данный интерфейс;

•     связи между взаимодействующими элементами, изображаемые сплошными линиями, в разрыв которых помещаются изображения соответствующих интерфейсов;

•     логические связи или ассоциации, на которые также могут на­кладываться графические символы интерфейсов.

Построенные с помощью данных средств сценарии позволяют в нагляд­ной форме отражать сложные конфигурации сервисов и компонентов GII, а конкретизация типов и указание ссылок на соответствующие стандар­ты представляют способ комплексирования технологий и сервисов, обес­печивая их точное специфицирование. Таким образом, сценарии могут использоваться в качестве базовых документов в организационных про­цессах при разработке стандартов и собственно технологий GII.

На рис. 2.6 [3] приведен один из примеров применения сценариев для описания технологий GII.

2.5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ Gll

             

Базовая трехуровневая трехмерная модель классификации стандартов GII состоит из следующих уровней функций:

•      области приложений (Application Areas) — верхний уровень;

•      сервисы GII (GII Services);

•      средства реализации сервисов и развивается в трех направлениях, включая:                   

•      фундаментальные строительные блоки (Fundamental Building Blocks — FBB), которые представляют унифицированные сред­ства, позволяющие ускорить разработку приложений и сервисов, а также повысить их надежность;

•      общие классы сервисов (Generalized Service Categories — GSC), которые используются для поддержки приложений и объединя­ют некоторые наборы фундаментальных строительных блоков в функционально специализированные сервисы или службы;

•      организации — разработчики стандартов (Standard Development Organizations — SDO) или их структурные подразделения, кото­рые ответственны за разработку стандартов средств, фундаментальных сервисов, производных сервисов и приложений. Здесь, например, фундаментальные строительные блоки охватывают следующие методы и механизмы:

•      методы доступа (Access Methods) — для обеспечения управляемого доступа к ресурсам;

•    адресации (Addressing) — для применения стандартных механиз­мов идентификации местоположения объектов, приложений, каналов и маршрутов навигации данных;

•      сжатия (Compression) — для оптимизации транспортировки дан­ных;

•      информирования потребителя услуг об их текущей стоимости и реализации процедуры оплаты за предоставляемые услуги (Cost Quotation);

•      навигации данных (Data Navigation), обеспечивающей перемеще­ния информации через инфраструктуру GII;

•      идентификации (Identification), осуществляющей различение эк­земпляров объектов, соединений, пересылаемых блоков данных и оптимизации работы с ними;

•      интернационализации (International ization) с целью настройки приложений на требуемые языки;

•     интероперабельности (Interoperability), обеспечивающей возмож­ность обмена взаимного использования информации функциональ­ных компонентов GII;                                                                

•      управления временем передачи (Latency Control);

•      непрерывного во времени и пространстве обслуживания мобильных потребителей информации (Nomadicity/Mobility);

•    приоритетного управления (Priority Management) запросами к сер-

•     висам;

""» обеспечения приватности и прав собственности (Privacy/Ownership) для гарантии конфиденциальности передаваемых через GII дан­ных, а также их защиты от несанкционированного чтения, изме­нения и копирования.

Эти блоки для второго уровня модели определяются общими классами

сервисов, включающих:

•     обмен данными (Data Interchange Services) для передачи текстовой информации;                                                                  

•     обмен графическими данными (Data Interchange Services), вклю­чая движущиеся образы;

•     обмен и генерацию аудиоинформации (Audio Services);   

•     представление данных (Data Presentation Services) с использова­нием различных форматов и механизмов преобразования одних форм представления в другие;

•     управление данными (Data Management Services) для управления хранением и восстановлением данных, используемых средствами GII;

•     расчет стоимости используемых услуг (Cost Billing Services);

•     сетевое управление (Network Control Services) — для управления передачей данных через одну или более сетей.

Уровень средств реализации сервисов подразделяется на три класса, а именно: коммуникационные сервисы (Communication Services), сервис стандартизованных структур данных для передачи информации (Standardized Data Structures for Transport of Information), стандарти­зованные механизмы пользовательского взаимодействия (Standardized User Interaction Mechanisms), каждый из которых разбивается на сле­дующие подкатегории:

Коммуникационные сервисы (Communication Services):

•     общие широковещательные в режиме без соединения услуги пе­редачи (General Connectionless Broadcast) — для передачи незави­симых блоков данных (дейтаграмм) всем получателям некоторо­го региона;

•     управляемые мультивещательные услуги передачи в режиме без соединения (Controlled Connectionless Multicast) — для передачи независимых блоков данных (дейтаграмм) предопределенному множеству получателей;

•     сервис одновещательной передачи без соединения (Connectionless Unicast) — для передачи независимых блоков данных (дейтаг­рамм) единственному получателю;

•     широковещательная передача в режиме с соединением (Connection Oriented Broadcast) — для передачи данных произвольному мно­жеству получателей по устанавливаемым и освобождаемым после обмена соединениям;

•     мультивещательная передача в режиме с соединением (Connection Oriented Multicast) — для передачи данных заранее определенно­му множеству получателей по устанавливаемым и освобождае­мым после обмена соединениям;

•     сервис одновещательной передачи в режиме с соединением (Connection Oriented Unicast) — для передачи единственному получателю по устанавливаемым и освобождаемым после обмена соединениям;

•     сервис сетевого управления (Network Management Services) — для управления передачей данных через одну или множество сетей.

Сервис стандартизованных структур данных для передачи информации (Standardized Data Structures for Transport of Information):

•     сервис, ориентированный на обмен данными на магнитных лен­тах (Tape-based Services);

•     сервис, ориентированный на обмен данными на магнитных дис­ках (Magnetic Disk-based Services);

•     сервис, ориентированный на обмен данными на оптических дисках (Optical Disk-based Sen/ices);

•     сервис, ориентированный на обмен данными в печатном виде (Paper-based Services), а также другие методы обмена данными.

Стандартизованные механизмы и сервисы пользовательского взаимо­действия (Standardized User Interaction Mechanisms), использующие:

•     числовую клавиатуру для ввода данных (Services using Numeric-only Pads);                                                   •     алфавитно-цифровую клавиатуру;

•     настраиваемые наборы функционально-ориентированных клавиш (Services using Customized Keysets);

•     ввод данных с помощью электронного пера (Pen-based Services);

•     ввод данных с помощью тактильных устройств (Touch-based Services);

•     голосовой ввод/вывод данных (Voice-based Services).

Из всех отмеченных сервисов в дальнейшем будем рассматривать сете­вые, так как они создают функциональные возможности и механизмы поддержки интероперабельного доступа к данным и программам в нео­днородной сетевой среде. Эти сервисы включают следующие механизмы:

•     собственно коммуникации, использующие интерфейс API и спе­цификации протокола для надежной и прозрачной передачи дан­ных через коммуникационные сети;   

•     прозрачный доступ к файлам, расположенным в любом месте нео­днородной сети;

•     поддержку абонентских систем для обеспечения взаимодействия с системами, базирующимися на различных операционных сис­темах, включая те, которые могут оказаться несоответствующи­ми международным или национальным стандартам;

•     дистанционный вызов процедуры, включая спецификации для распространения вызовов локальных процедур в распределенной среде;

•     защиту сети, обеспечивая управление доступом, аутентификацию (проверку подлинности), конфиденциальность, целостность и бе­зотказность, а также административное управление передачей данных между отправителями и получателями данных в сети.

 

2.6. ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

                                                              

Для создания модели взаимодействия открытых систем в 1977 году Международной организацией по стандартизации (International Standardization Organization — ISO) был создан подкомитет по разра­ботке стандартов в области информационных систем, в задачи которого входило решение вопросов:

•     унификации описания работы отдельной системы;

•     определения и унификации интерфейса для обмена информацией между системами;

•     устранения технических препятствий для связи систем.

В результате проведенной работы был разработан ряд спецификаций, определяющих правила взаимодействия различных технических уст­ройств, на основе которых в 1984 была создана модель, известная в настоящее время как эталонная модель взаимодействия открытых сис­тем ЭМ ВОС (Open System Interconnection — ВОС). Одновременно с этим ISO и Международный союз телекоммуникаций (International Telecommunications Unit - ITU) сформулировали концептуальную мо­дель развития широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (ISDN), которая помимо обеспечения телефонной связи позволяет пере­давать и распределять данные, тексты, изображения, поддерживая раз­личные виды обслуживания:

•     телеграфное;

•     телексное;

•     высокоскоростную передачу данных;

•     цифровую телефонную связь;

•     связь на основе пакетной коммутации;

•     связь на основе коммутации каналов;

•     связь на основе коммутации сообщений;

•     передачу телеметрической информации;

•     передачу текстовых сообщений;

•     текстовое факсимиле;

•     факсимиле;                                                                                

•     цветное факсимиле;

•     электронная почта;

•     передача телегазет;                                       

•     видеотекст;

•     речевое факсимиле;                                                     

•     телефонная конференция;

•     видеоконференция;                       

•     видеотелефония;

•     передача стереопрограмм;                                                            

•     передача квадрофонических программ;                                      

•     цветное телевидение;

•     объемное телевидение;

•     телевидение с высокой разрешающей способностью;

•     телеграфная связь с подвижными объектами;

•     телефонная связь с подвижными объектами;

•     видеотелефонная связь с подвижными объектами;

•     факсимильная связь с подвижными объектами;

•     передача данных между подвижными объектами;

•     передача неподвижных изображений между подвижными объек­тами;

•     поиск информации на основе интерактивного обмена.

Предоставление абонентам указанных видов обслуживания является основной задачей развития современных методов и средств связи, в ко­торых распределение информации базируется на применении методов коммутации каналов (КК), пакетов (КП), сообщений (КС), быстрой ком­мутации пакетов (БКП), а также многоканальной (МК) и гибридной коммутации (ГК).

Наличие столь разнообразных методов распределения и обработки ин­формации требует использования при анализе сетей системного подхода, который позволил бы обеспечить в будущем их развитие и адаптацию, как к новым видам обслуживания, так и к вновь создаваемой технике. Такой подход наиболее полно отражен в эталонной модели открытых информа­ционных систем (ЭМ ВОС), представляющей собой форму описания струк­туры информационной системы, входящих в нее компонентов, а также правил и процедур взаимодействия последних в процессе выполнения си­стемой поставленных задач. При рассмотрении взаимодействия структур­ных элементов, применительно к сетевым задачам, используемое здесь понятие «процесс» определяется как динамический объект, реализующий целенаправленную обработку информации, а под системой подразумевает­ся любая система, которая предоставляет или потребляет услуги, требую­щие те или иные ресурсы сети. Так как процессы обработки и передачи информации осуществляются как при взаимодействии компонентов одной системы, так и при взаимодействии компонентов сети, для управления этими процессами используются четко определенные правила и процедуры, известные, соответственно, как интерфейс и протокол. С учетом при­веденных положений можно определить понятие открытой информацион­ной системы (ОИС) как системы, реализующей стандартный набор услуг и функционирующей в соответствии с требованиями стандартных интер­фейсов и протоколов. Последнее позволяет обеспечить взаимодействие тех­нически и логически отличных систем, объединяя их с помощью сети связи в открытую сеть связи, где ввод информации, вывод результатов ее обработки и взаимодействие процессов осуществляются посредством сооб­щений, выраженных логически структурированными сигналами, посту­пающими в ОИС через точки доступа, называемые портами. Наряду с тер­мином «сообщение» нередко используются и другие термины, применяемые для обозначения единиц информации, которые обрабатываются в проце­дурах обмена в соответствии с протоколами разных уровней. В стандартах ISO для обозначения таких единиц используется общее название прото­кольный блок данных (Protocol Data Unit — PDU), а также другие специ­альные названия блоков данных, такие, как кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment). Промежуток времени, в тече­ние которого процесс формирует сообщение, включая необходимую для его передачи сопутствующую информацию, и выполняется взаимодействие систем, называют сеансом связи или сессией. С учетом изложенного ЭМ ВОС позволяет решить задачу описания множества функций, определяю­щих правила взаимодействия открытых систем и, как следствие, основ­ных требований к физическим средствам соединения, не рассматривая структуру и характеристики последних.

 

2.7. ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ОТКРЫТЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

Для рассмотрения ЭМ ВОС вначале раскроем среду внутри самой систе­мы (рис. 2.3), и представим ее в виде, изображенном на рис. 2.7 [19]. Как следует из данного рисунка, любая открытая информационная система (ОИС) включает функциональную часть (приложе-ния — Applications) и среду, которая в отличие от внешней среды ОИС может быть названа внутрен­ней средой. Эти составные части ОИС разделены ин­терфейсом взаимодействия прикладных программ со средой системы, и выше был назван интерфей­сом прикладного программирования (Application Pro­gramming Interface — API). Основной особенностью данного внутреннего интерфейса в отличие от Ш заключается в том, что он определяет сопряжение двух взаимодействующих объектов (в данном слу­чае — функциональной части и среды ОИС) при выполнении функций не только групп U, I и С, но и функций среды по организации процессов обработ­ки данных (System — S).

Рис. 2.7. Общий вид среды ОИС

 

В соответствии с современными воззрениями модель среды ОИС мо­жет быть представлена трехмерным графом [19], вершины (узлы) кото­рого представляют собой программно-аппаратные средства или их не­которые совокупности, сформированные по функциональному признаку, а ребра (дуги) — интерфейсы взаимодействия между отдельными этими средствами.

Данный граф структурирован следующим образом:

•     по уровням (классификация в порядке понижения от пользовате­ля к аппаратуре):

•     службы и сервисы среды ОИС (EIS);

•     операционные системы (OS);

•     аппаратура (HW).

•     по функциям (классификация с разбиением в произвольном по­рядке по признакам на функциональные агрегаты или группы программно-аппаратных компонентов):

•     компоненты, обслуживающие интерфейс с пользователем (User— U);

•     компоненты, обеспечивающие системные функции среды по орга­низации процессов обработки данных (System — S);

•     компоненты, обеспечивающие представление и хранение данных (Information — I);

•     компоненты среды телекоммуникаций (Communication — С).

Традиционно совокупность программно-аппаратных средств среды ОИС, структурированная по уровням и функциональным группам, представ­лялась в виде некоторого куба (рис. 2.2), в котором:

•     секущие плоскости, параллельные горизонтальной координатной плоскости, осуществляли разбиение его на уровни;

•     секущие плоскости, параллельные вертикальной координатной плоскости, осуществляли разбиение на функциональные группы про­граммно-аппаратных средств по специфическим аспектам, свойствен­ным группам указанных агрегатов. В OSE/RM такими аспектами являются: основ­ные функции, защита информации, функции ад­министрирования, функции инструментальных средств, встроенных в ОИС.

Такое представление в общем случае затруд­няет выделение взаимосвязей некоторых пар про­граммно-аппаратных агрегатов из-за их последовательно-линейного размещения, что устраняется при пространственно-графовом пред­ставлении [19], так как на каждом уровне граф может быть полносвязным (рис. 2.8). Отсюда сле­дует, что взаимосвязь программно-аппаратных агрегатов определяется интерфейсами следую­щих классов:

Рис. 2.8. Взаимосвязь про­граммно-аппаратных средств одного уровня мо­дели среды ОИС

 

•     вертикальные интерфейсы (интерфейсы между программно-аппа­ратными агрегатами одной функциональной группы, размещае­мыми на различных соседних уровнях);

•     горизонтальные интерфейсы (интерфейсы между парами про­граммно-аппаратных агрегатов, располагаемых на одном уровне и принадлежащих разным функциональным группам).

Теперь перейдем к рассмотрению взаимодействия протекающих во вре­мени процессов, которые состоят из этапов инициализации, выполнения и завершения и могут порож­даться абонентом, системой или другим процессом.

 Для этого представим некую мно­гоуровневую иерархию, в ко­торой каждый из уровней ре­ализует в пределах установ­ленных логических границ одну или несколько связан­ных с требованием взаимодей­ствия открытых систем фун­кций, которые предоставля­ются более высоким (низким) уровням в сочетании с функ­циями более низких (высоких) уровней. При таком подходе каждый текущий уровень считается вспомогательным для смежного с ним более высокого уровня и предо­ставляет ему определенный набор услуг, называемых сервисом. В этом случае взаимодействие между смежными уровнями определяется четко и осуществляется посредством стандартного межуровневого интерфейса через точку доступа — порт, где объект N-гo уровня предоставляет ус­луги (N+1) уровню (рис. 2.9). В случае программной реализации межу­ровневого интерфейса в качестве портов выступают адреса, по которым заносятся межуровневые сообщения.

Взаимодействие объектов, в том числе программ, одноименных уров­ней различных систем определяется с помощью протоколов соответству­ющего уровня, однако и в этом случае собственно обмен информацией осуществляется через межуровневые интерфейсы каждой из сис­тем, а между системами - через каналы передачи информации. Структурной единицей информа­ции, передаваемой между уров­нями, является PDU, состоящий из управляющего и информаци­онного полей.

При этом, если уп­равляющее поле (заголовок N-гo блока) содержит управляющую информацию, формируемую на N-ом уровне, то при передаче информации содержимое информационного поля представляет собой PDU (N+l)-гo уровня (рис. 2.10), что создает вложенную структуру, в которой каждый протокольный блок данных, начиная с верхнего уровня, вкладывается в последующий. При приеме информации происходит обратная процедура, т. е. на каждом уровне по окончании обработки информации и перед тем как отправить результа­ты такой обработки вверх по иерархии, из нее удаляется заголовок те­кущего уровня. Некоторые реализации протоколов помещают управля­ющую информацию не только в начале передаваемой информации в виде заголовков, но и в ее конце в виде так называемого «концевика». В этом случае процедуры обработки управляющей информации не от­личаются от рассмотренных, а сформированное сообщение представля­ет собой последовательность заголовков, начиная с нижнего уровня и до заголовка того уровня, к информации которого он относится, соб­ственно информации, а затем концевиков, начиная с концевика уровня передаваемой информации. В результате оптимиза­ции, проведенной с уче­том требований макси­мального отражения логической структуры сети при минимизации числа межуровневых свя­зей, для описания взаи­модействия открытых си­стем ISO предложено использовать семиуровне­вую эталонную модель взаимодействия откры­тых систем (ЭМ ВОС), в которой уровни имеют название физического, канального, сетевого, транспортного, сеансового, представительного и прикладного уровней. При этом каждый из указанных уровней выпол­няет определенную логическую функцию или обеспечивает определен­ный набор услуг для смежного уровня. По сути такая модель включает две модели взаимодействия систем (рис. 2.11):

•     горизонтальную модель, отражающую механизм взаимодействия на базе протоколов, программ и процессов, выполняемых на раз­личных системах;

•     вертикальную модель, отражающую взаимодействие на основе ус­луг, обеспечиваемых соседними уровнями одной системы.

Как следует из приведенного рисунка, отражающего процедуру переда­чи информации от абонента 1 к абоненту 2, семь уровней взаимодей­ствия систем имеют место как на уровне услуг, так и на уровне прото­колов, и носят название одноименных уровней. При этом, исходя из вертикальной модели, для обмена информацией между соседними уров­нями требуются интерфейсы, отвечающие необходимым спецификаци­ям, в то время как согласно горизонтальной модели для такого обмена при обработке информации на различных системах требуется общий протокол передачи.

Учитывая, что в общем случае оконечные системы, к которым подклю­чены абоненты сети связи, могут не только передавать, но и обрабаты­вать информацию, а на промежуточных узлах выполняются только вспомогательные функции передачи информации, модель протокольного вза­имодействия может быть представлена в виде рис. 2. 12.

 

Рис. 2.12. Функциональное назначение протокольных уровней взаимодействующих открытых систем

 

В соответствии с приведенной моделью каждая оконечная система требу­ет реализации всех перечисленных выше семи протокольных уровней, в то время как на промежуточных узлах, например, узлах коммутации, требуется только три нижних протокольных уровня. Отсюда следует, что нижние уровни (физический, канальный и сетевой) определяют особен­ности работы непосредственно сети связи при обслуживании абонентов, а следующие верхние четыре уровня (транспортный, сеансовый, предста­вительный и прикладной) реализуют взаимодействие самих процессов.

На сегодняшний день модель ВОС является международным стан­дартом и служит руководством по организации и эксплуатации сети, а также той базой, на основе которой ведется разработка сетевых струк­тур и компонентов. В связи с этим рассмотрим назначение и взаимодей­ствие отдельных протокольных уровней, а также представим методику определения качества такого взаимодействия.

 

2.8. ПРОТОКОЛЬНЫЕ УРОВНИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

 

Организация взаимодействия между абонентами 1 и 2 начинается с момента активизации процессов, интерфейсов и протоколов приклад­ным уровнем, т. е. уровнем — инициатором, с поочередным вовлечени­ем в работу всех последующих уровней, вплоть до физического уровня.

Физический уровень (Physical Layer). Уровень 1, идентифицируя кана­лы, управляет средствами организации физического соединения обна­руживает повреждения и передает сообщение об этом средствам каналь­ного уровня. Функции этого уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети, несмотря на то, что информация, передаваемая по физической цепи на этом уровне не подвергается преобразованиям. Фактически данный уровень связан с физическим доступом к сети ме­тодом приема и передачи информации, осуществляя, например, прием данных от расположенного выше канального уровня, преобразование этих данных в электрические, оптические или радио сигналы и направ­ление последних через среду передачи на приемный узел, обеспечивая:

•     подготовку для передачи информационных сигналов как по всем более высоким уровням модели ВОС, так и для межсистемного обмена в соответствии с используемой технологией передачи;

•     кодирование информации и синхронизацию битовых последова­тельностей, гарантируя требуемую достоверность приема/переда­чи;

•     преобразование электрического, оптического, механического и функционального интерфейсов сетевого кабеля для передачи по нему (через физическую среду) неструктурированных и несмон­тированных битовых потоков.

На физическом уровне определяются спецификации на механические, электрические и иные свойства среды передачи, сигналы, оборудова­ние, соединения, параметры кабелей и разъемов, включая разводку пос­ледних. К числу наиболее распространенных стандартов физического уровня относятся интерфейсы EIA-RS-232-C, CCITT V.24, V.28 и V.35 (механические/электрические характеристики последовательного несба­лансированного интерфейса), EIA-RS-422/449, EIA-530, CCITT V.10 (ме­ханические, электрические и оптические характеристики сбаланси­рованного последовательного интерфейса), High-Speed Serial Interface (HSSI), IEEE 802.3 (Ethernet) и IEEE 802.5 (Token ring).

Канальный уровень (Data Link Layer). Уровень 2 определяет правила доступа к физической среде и управляет передачей информации по ка­налу, осуществляя формирование сигнала о начале передачи и органи­зуя начало и собственно передачу информации с созданием сигнала окон­чания передачи и последующим переводом канала в пассивное состояние. В процессе передачи выполняется проверка принимаемой информации и исправление возникающих ошибок, отключение канала при возникновении неисправности, а также формирование сообщений о возникно­вении неустранимых ошибок для вышестоящего уровня с восстановле­нием передачи по окончании ремонта техники. В ряде случаев данный уровень осуществляет слежение за скоростью обмена и окончанием ин­формационных блоков, а также управляет физической цепью при ее мультиплексорном использовании.

Таким образом, канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием информационных блоков, преобразуя последовательность би­товых потоков в наборы битов, называемые кадрами данных, обслужи­вая запросы сетевого уровня и используя для передачи и приема кадров сервис физического уровня. Первоначально этот уровень был создан как функционально единый уровень, решающий задачи:

• при передаче — собственно передачи кадра данных с сетевого уровня на физический уровень и обеспечения безошибочной пе­редачи по физическому уровню кадров с одной системы на другую;

• при приеме — перераспределения несмонтированных битов из фи­зического уровня в кадры для более высоких уровней.

Со временем возникла необходи­мость разделения канального уровня на два подуровня (рис. 2.13) — уровень управления ло­гической связью (Logical Link Control — LLC) и уровень управления доступом к физической среде (Media Access Control — MAC). Пос­ледний обеспечивает доступ к сети в случаях, когда другие устройства не передают информацию или когда появляются права доступа к сети, пре­образуя биты и байты в кадры и наоборот. Подуровень LLC в свою оче­редь преобразует биты и байты, полученные с уровня MAC, в формат, требуемый сетевым устройствам.

На канальном уровне используются такие протоколы, как широко из­вестный для последовательных соединений протокол ISO High-level Databank Conrol (HDLC), протоколы ITU-T Link Access Procedures Balanced (LAPB), Link Access Procedures on the D-channel (LAPD) и Link Access Procedures to Frame Mode Bearer Services (LAPF), протоколы IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II), обеспечивающий MAC для сред локальных сетей 802.x, а также протоколы Ethernet, Token ring, FDDI, X.25 и FR.

В целом канальный уровень представляет весьма мощный и закон­ченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети, допуская в ряде случаев работу поверх него непосредственно протоко­лов прикладного уровня или приложений без привлечения протоколов сетевого и транспортного уровней. Тем не менее для обеспечения каче­ственной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и тех­нологий функций канального уровня недостаточно. Для этого следует использовать следующие два уровня модели - сетевой и транспортный.

Сетевой уровень (Network Layer). Уровень 3 служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные технологии передачи и обла­дать произвольной топологией. В общем случае функции данного уров­ня шире, так как он решает еще и задачи создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями, отвечает за деление абонентов на группы и маршрутизацию на транспортной сети. В последнем случае в его функции входит формирование физических и виртуальных каналов, а также дейтаграмм, обеспечивая распределение маршрутов передачи информации и правильную сборку сообщений из сетевых единиц. На этом уровне сетевой единицей является пакет, а для его доставки используется понятие «номер сети». При пакетной передаче сетевой уровень обеспечивает передачу пакетов между несколь­кими сетями на основе преобразования МАС-адресов в сетевые адреса и прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень, осуществляя:

• адресацию сообщений и перевод логических адресов и имен в фи­зические адреса;

•    установление маршрута от исходящего устройства до устройства назначения, определяя, какой путь передачи данных следует из­брать, основываясь на особенностях сети, приоритетности данной услуги и некоторых других факторах;

•    решение проблем трафика в сети, включая переключение пакетов, маршрутизацию и контроль перегрузки линии передачи данных.                                                                                             

На сетевом уровне определяются два вида протоколов, это сетевые прото­колы, реализующие продвижение пакетов через сеть и протоколы марш­рутизации, с помощью которых маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Кроме этого на сетевом уровне работают протоколы, которые отвечают за преобразование адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес, которые известны как протоколы разрешения адресов ARP. К наиболее часто используе­мым протоколам сетевого уровня относятся протоколы межсетевого вза­имодействия Internet Protocol (IP), процедуры контроля вызова ISDN Х.25 (частично этот протокол реализован на канальном уровне), межсетевого обмена пакетами (IPX), сетевой протокол без организации соеди­нений ISO Connectionless Network Protocol (CLNP) и др.

Транспортный уровень (Transport Layer). Уровень 4 предназначен для управления сквозной транспортировкой сообщений от узла-отправителя к узлу-получателю с целью оптимизации использования средств связи, выбора вида и качества обслуживания процесса, а также обеспечения целостности информации, если ее не обеспечивают нижние уровни моде­ли. Иными словами, на этом уровне создается виртуальный канал между двумя точками сети, устанавливается тип коммуникаций — коммутация каналов, пакетов, сообщений, а также формируется стандартное транс­портное сообщение, состоящее из передаваемой информации и сформи­рованных идентификаторов начала и конца сообщения, обеспечивающих передачу информации от системы-отправителя до системы-получателя.

С целью выбора оптимального набора транспортных услуг стандарт­ным протоколом определено три типа (по частоте ошибок и допустимой интенсивности сбоев) сетевых соединений и пять классов (по числу и качеству запрашиваемой услуги) транспортного протокола, причем для повышения надежности сетевого соединения в данных классах прото­колов предусмотрены пять групп специальных управляющих процедур, называемых примитивами. В то же время все множество транспортных услуг делится на услуги, необходимые для управления соединением, и услуги, необходимые для передачи информации. При этом если первый вид услуг включает услуги, требуемые для создания логического соеди­нения, завершения сеанса связи и разъединения, то второй вид служит для обеспечения требований абонентов к качеству обслуживания и ре­жиму передачи информации. Параметры качества обслуживания опре­деляют требования абонентов к пропускной способности, задержке при передаче, надежности, а также приоритетности того или иного соедине­ния по отношению к другим соединениям. Данные параметры переда­ются в информационном блоке транспортного протокола «запрос соеди­нения» и принимаются на стороне получателя как равноправный транспортный объект, являясь составной частью процесса «перегово­ров». Они используются транспортным протоколом для определения требуемых сетевых услуг (типа сетевого соединения), выбора одного из пяти классов транспортных услуг и выбора качества обслуживания, параметры которого передаются сетевым услугам. При передаче требо­ваний абонента они включают:

•     для пропускной способности — ее среднее и максимальное значе­ние  при каждом направлении передачи;

•     для надежности передачи — значение приемлемой частоты необ­наруженных ошибок, включая ошибки, возникающие за счет ис­кажения, дублирования и потери информации, задание приоритета которых влияет на тип применяемой стратегии передачи и

распределение ресурсов соединения;

Здесь следует отметить, что повышение качества обслуживания транс­портным протоколом не допускается, а вызываемый абонентом уровень транспортной услуги при организации транспортного соединения по­ставщиком услуги может быть только снижен. Поэтому для отказа от соединения или его одностороннего завершения используется услуга освобождения транспортного соединения.

Отсюда можно заключить, что основной задачей, решаемой на транс­портном уровне, является организация режима обмена и обеспечение требуемого уровня услуг, в частности, надежной передачи сообщений (информационного блока транспортного протокола), за счет использова­ния эффективных процедур обнаружения сбоев. Наиболее распростра­ненными протоколами транспортного уровня являются протокол TCP и UDP (управления передачей), NCP — Netware Core Protocol, SPX (упо­рядоченный обмен пакетами), ТР4 (протокол передачи класса 4) и др.

Сеансовый уровень (Session Layer). Уровень 5 предназначен для орга­низации и управления сеансами взаимодействия прикладных процес­сов согласно стандартам и контролирует их соблюдение, т. е. отвечает за организацию сеансов обмена информацией между оконечными устройствами. На этом уровне выполняются функции, необходимые для осуществления связи по сети двух приложений, фиксируя, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, и предоставляя средства синхронизации. В случае прерывания сеанса про­токолы этого уровня обеспечивают его восстановление без потерь, в про­тивном случае сообщают о невозможности дальнейшей работы. На дан­ном уровне создаются порты для приема и передачи сообщений, а также организуется их подключение к процессам. Таким образом, основными функциями сеансового уровня являются:

•     определение адреса запрашиваемой функции или информации;

•     предустановление связи с узлом, где расположена эта функция или информация;

•     получение согласия на установление связи;

•     проверка необходимых ресурсов для обмена;

•     обмен информации о протоколах, которые будут использоваться в процессе взаимодействия.

Следовательно, сеансовый уровень предназначен для установления, под­держки и прекращения связи между приложениями или процессами, выполняемыми в разных частях сети, а его необходимость определяется сложностью сети и стремлением обеспечить высокую надежность переда­чи информации. На практике сеансовый уровень редко реализуется в виде отдельных протоколов, так как его функции часто объединяют с функциями прикладного уровня и определяют в одном протоколе.

Представительный уровень (Presentation Layer). Уровень 6 обеспечи­вает работу прикладного уровня за счет согласования формы и синтак­сиса представления информации взаимодействующих процессов, т. е. приводят последнюю к виду, требуемому прикладными процессами, выполняя:

•     установление формата, используемого для обмена информацией с сетевыми устройствами;

•     преобразование из формата прикладного уровня в промежуточ­ный формат;

•     изменение или конвертирование набора символов;

•     шифрование, дешифрование и сжатие информации;

•     преобразование протоколов.

Таким образом, на данном уровне выполняется структурирование ин­формации, преобразование символьных потоков, засекречивание инфор­мации, а в режиме приема информации, на данном уровне производит­ся контроль с тем, чтобы данные, передаваемые на прикладной уровень, были в нужном формате или при необходимости конвертировались в такой формат и могли рассекречиваться. На этом уровне функциониру­ет также процесс переадресации, выполняемый одноименным устрой­ством, известным как Redirector.

Прикладной уровень (Application Layer). Уровень 7 является наивысшим уровнем модели, который непосредственно связан с прикладными про-цессами системы и обеспечивает передачу информации другим приклад­ным процессам, отвечая потребностям пользователя. Иными словами, дан­ный уровень представляет собой набор различных протоколов, посредством которых абоненты сети получают доступ к тем или иным аппаратным или программным средствам реализации процесса, поэтому при использова­нии оконечной системы, позволяющей реализовать различные приклад­ные процессы, прикладной уровень может предоставить абоненту несколь­ко видов услуг, используя соответствующие протоколы. Так как на этом уровне осуществляется общий доступ к сети, а также выполняется распре­деление аппаратных и программных средств реализации процесса, можно заключить, что все последующие более низкие уровни ЭМ ВОС поддержи­вают задания, выполняемые на прикладном уровне.

Существует множество протоколов верхнего уровня, как, например, FTP и TFTP (переноса файлов), Х.400 (электронная почта), Telnet, SMTP (про­стой протокол почтового обмена), CMIP (общий протокол управления ин­формацией), SNMP (простой протокол управления сетью), NFS (сетевая файловая система) и FTAM (метод доступа для переноса файлов).

 

2.9. ФУНКЦИИ УРОВНЕЙ ЭМ ВОС И ВИДЫ СВЯЗИ

 

По отношению к протоколам нижних трех уровней, которые носят на­звание протоколов сетевой спецификации, протоколы с четвертого по седьмой уровни являются протоколами более высокого уровня и назы­ваются протоколами взаимодействия «от конца к концу». Однако, учи­тывая, что операции, связанные с распределением связных ресурсов, выбором путей и способов коммуникации при передаче, а также с уста­новлением и разъединением соединений, реализуются на четырех нижних уровнях и существенно отличаются от операций установления се­анса взаимодействия, реализуемых на протокольных уровнях с пятого по седьмой, совокупность нижних четырех и трех верхних уровней на­зывают, соответственно, транспортной и абонентской подсистемами. При этом логика разделения протоколов на уровни соответствует обеспече­нию сквозного взаимодействия процессов в сеансе уровнями с четвертого по седьмой, а сетевого интерфейса — уровнями с первого по третий. От­личие глубины протокольного взаимодействия открытых систем опреде­ляется множеством факторов, в частности, способом передачи, в соответ­ствии с которым следует различать протоколы с установлением соединения и без установления соединения — дейтаграммные протоколы. В первом случае перед выполнением процесса передачи взаимодействующие сторо­ны должны установить соединение и, возможно, выбрать некоторые па­раметры протокола, которые они будут использовать в процессе переда­чи, а по окончании передачи осуществляется разрыв соединения. Во втором случае процесс передачи выполняется сразу же после подготовки сооб­щения, не требуя установления соединения. Очевидно, что каждый уро­вень ЭМ ВОС данных способов передачи выполняет отличные функции и предоставляет различные услуги для близлежащего уровня, в том числе и в зависимости от вида используемого оборудования.

 В качестве приме­ра на рис. 2.14 представлена принадлежность уровням ЭМ ВОС коммуни­кационных устройств различных сетевых структур. Принимая во внима­ние, что верхние три уровня модели выполняют функции взаимодействия с приложениями, из рисунка видно, что рассматриваемые устройства ра­ботают либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физи­ческом и канальном уровнях (мост), либо на всех трех нижних уровнях, включая иногда и транспортный уровень (маршрутизатор). Так как пос­ледний уровень разделяет информационные и логические процессы верх­них трех уровней от процессов непосредственной транспортировки ин­формации нижними тремя уровнями, это позволяет отнести протоколы данных уровней, соответственно, к группам сетенезависимых и сетезависимых протоколов.

В результате анализа сетевых осо­бенностей и функций различных уровней ЭМ ВОС соотношение основ­ных функций системы, используемой в связи, с учетом протокольных уров­ней модели, можно представить в виде рис. 2.15. Согласно данному ри­сунку два нижних уровня модели оп­ределяют связь в локальной сети, в то время как  следующие два уровня отвечают За Межсетевую СВЯЗЬ При Рис реализации протоколами сеансового уровня логической связи.

Учитывая важность транспортного уровня для обеспечения качествен­ных показателей взаимодействия открытых систем, рассмотрим его фун­кционирование более подробно, а для этого приведем характеристики примитивов, определяемых протоколами этого уровня (табл. 2.1). Как следует из приведенной таблицы, эти примитивы имеют большое значе­ние, так как абонент транспортной услуги и транспортный объект взаи­модействуют между собой путем обмена примитивами «запрос», «признак», «ответ» и «подтверждение», а транспортный объект и постав­щик сетевых услуг - путем обмена примитивами сетевых услуг через межуровневый интерфейс.

При этом требуемая надежность передачи обеспечивается такими транспортными функциями, как:

•     реализация соединений созданных на сеансовом уровне портов процессов;

•     передача сообщений через установленные соединения;

•     обнаружение сбоев и восстановление;

•     обнаружение дубликатов;

•     упорядочивание пакетов при дейтаграммной передаче;

•     фрагментация - разбивка сообщений на пакеты оптимальной дли­ны;

•     управление потоками и буферизация информации;

•     синхронизация передачи сообщений;

•     осуществление приоритетной передачи пакетов;                       

•     защита передачи информации;

•     инициализация и восстановление из состояния отказа.

Организацией передачи информационных блоков транспортного прото­кола (ИБТП) занимаются транспортные объекты, являющиеся основными элементами транспортного уровня (рис. 2.16). При этом выполнение процедур транспор­тной службы начинается с фор­мирования активизируемым, процессом (пользователем транспортного соединения, ко­торым, как правило, выступа­ет объект представительного уровня) в местную транспорт­ную службу примитива «соеди­нение» , указывая адрес удаленного процесса и определяя вид требуемой транспортной услуги. В ответ на это транспортный элемент местной транспортной службы формирует информационный блок и пересылает его транспортному объекту получа­теля, который, получив этот блок, оповещает о запросе на соединение указанного получателя и при готовности принятия вызова выдает при­митив «согласие».

Информационный блок транспортного протокола состоит из заголовка, содержащего указатель длины заголовка, адрес порта местного процесса (источника информации), адрес порта удаленного процесса (получателя информации), порядковый номер сообщения в сеансе связи и управляю­щую информацию транспортного уровня, а также информационной час­ти — поступившего на  транспортный уровень сообщения.

После этого оба транспортных объекта обмениваются сообщениями, которые формируются в виде информационных блоков связи, содержа­щих сведения о параметрах соединения, таких, как:

•     адрес порта местной транспортной службы;

•     состояние связи;

•     адрес порта удалений транспортной службы;

•     адреса местного и удаленного процессов;

•     параметры услуг для связи;

•    размер передающего и приемного буферов;

•     номера следующего передаваемого и принимаемого сообщений;

•     максимальный номер передаваемого и принимаемого сообщений.

По окончании такого обмена логическое соединение считается установ­ленным и осуществляется передача собственно информации в соответ­ствии с установленным режимом, а по окончании сеанса передачи вы­полняется процедура разъединения логического соединения.

Важной особенностью рассмотренной семиуровневой модели является то, что ресурсы каждого уровня могут предоставляться абоненту в режи­ме разделения, что позволяет использовать точки доступа транспортной службы (ТДТС) для измерения, анализа, тестирования и мониторинга взаимодействующих систем с целью их контроля, диагностирования и прогнозирования.

 

Выводы

 

Представленная выше концепция глобальной информационной инф­раструктуры (GII) позволяет заключить, что:

•     в настоящее время GII определяет, а в будущем будет полностью определять тенденции развития сетевых технологий;

•     разработка конце GII является основой стандартизации информа­ционных и телекоммуникационных технологий, интегрируемых в сценарии предоставления высокоуровневых услуг конечному потребителю;

•     разработка GII осуществляется на принципах открытых систем, основными и важнейшими свойствами которых [б] являются: интероперабельность, переносимость и масштабируемость.

При этом, взаимодействие любой информационной системы с пользова­телем и внешней средой может быть представлено в соответствии с эта­лонной моделью открытой информационной системы, которая в свою очередь отражает интерфейсы сопряжения системы с внешней средой -протекающими во времени процессами включающими этапы инициа­лизации, выполнения и завершения. Эти процессы могут порождаться абонентом, системой или другим процессом, и описываются посредством многоуровневой иерархии, в которой каждый из уровней реализует в пределах установленных логических границ одну или несколько свя­занных с требованием взаимодействия открытых систем функций. Дан­ные функции предоставляются более высоким (низким) уровням в соче­тании с функциями более низких (высоких) уровней, а правила межуровневого и межсистемного взаимодействия определяются прото­колами, контроль которых также важен, как и контроль параметров рассмотренных каналов передачи.

Учитывая ряд особенностей контроля параметров физических объек­тов, процессов и их взаимодействия, в плане обеспечения единства кон­троля в организациях, использующих средства связи и телекоммуника­ций, рассмотрим измерения, анализ, тестирование и мониторинг, как элементы единого контроля соответствия.