Архитектура вычислительной сети. Эталонные модели взаимодействия систем. Архитектура компьютерных сетей. Модели сети.Эталонная модель OSI

Для определения задач, поставленных перед сложным объектом, а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Общая модель вычислительной сети определяет характеристики сети в целом и характеристики и функции входящих в нее основных компонентов

Архитектура вычислительной сети – описание ее общей модели.

Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения Международной организацией по стандартизации была разработана эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Часто ее называют моделью архитектуры открытых систем.

Открытая система – система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Модель взаимодействия открытых систем(OSI) служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Эта модель не является неким физическим телом, отдельные элементы которого можно осязать. Она устанавливает способы передачи данных по сети, определяет стандартные протоколы, используемые сетевым и программным обеспечением. Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

Модель взаимодействия открытых систем (OSI) определяет процедуры передачи данных между системами, которые “открыты” друг другу благодаря совместному использованию ими соответствующих стандартов, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах.

В настоящее время модель взаимодействия открытых систем является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Она рассматривает общие функции, а не специальные решения, поэтому не все реальные сети абсолютно точно ей следуют. Модель взаимодействия открытых систем состоит из семи уровней (рис. 1.4).

На каждом уровне выполняются определенные сетевые функции. Нижние уровни – 1-й и 2-й – определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи (такие как передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель). Самые верхние уровни определяют, каким способом осуществляется доступ приложений к услугам связи. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты.

Пакет – это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. На передающей стороне пакет проходит последовательно через все уровни системы сверху вниз. Затем он передается по сетевому кабелю на компьютер-получатель и опять проходит через все уровни в обратном порядке.

7-й уровень – прикладной – обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети, представляя собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам. Он обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных и электронная почта. Нижележащие уровни поддерживают задачи, выполняемые на прикладном уровне. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок.

6-й уровень – представительный (уровень представления)– определяет формат, используемый для обмена данными между сетевыми компьютерами. Этот уровень можно назвать переводчиком. На компьютере-отправителе данные, поступившие от прикладного уровня, переводятся в общепонятный промежуточный формат. На компьютере-получателе происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера. Представительный уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену или преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы).

5-й уровень – сеансовый – реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи. На этом уровне выполняется управление диалогом между взаимодействующими процессами, т.е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т.д.

4-й уровень – транспортный – обеспечивает дополнительный уровень соединения. Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. Он управляет потоком, проверяет ошибки и участвует в решении проблем, связанных с отправкой и получением пакетов.

3-й уровень – сетевой – отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические адреса. На этом уровне определяется маршрут от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю, решаются также такие проблемы, как коммутация пакетов, маршрутизация и перегрузки.

2-й уровень – канальный - реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал – логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных.

1-й уровень – физический – самый нижний в модели. Этот уровень осуществляет передачу неструктурированного потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Физический уровень предназначен для передачи битов (нулей и единиц) от одного компьютера к другому. Он отвечает за кодирование данных, гарантируя, что переданная единица будет воспринята именно как единица, а не как ноль. Наконец, физический уровень устанавливает способ перевода бита в соответствующие электрические или оптические импульсы, передаваемые по сетевому кабелю.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок – служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентские ЭВМ вычислительной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрирует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение. При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс – чтение и отсечение заголовков уровнями модели взаимодействия открытых систем. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются – они “прозрачны “ для нижних уровней. Так, перемещаясь по уровням модели OSI, информация, наконец, поступает к процессу, которому она была адресована.

Каждый уровень модели взаимодействия открытых систем реагирует только на свой заголовок.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-04-04

11. Архитектура взаимодействия открытых систем. Основы передачи дискретных сообщений

11. Архитектура взаимодействия открытых систем

Появление компьютерных сетей привело к необходимости создания стандартов, определяющих принципы взаимодействия внешних пользователей с сетями и сетей между собой (т.е. стандартов взаимодействия открытых систем, ВОС).

По своей сути сеть это соединение оборудования от разных производителей. Для решения проблем совместимости все производители должны придерживаться общепринятых правил построения оборудования. Эти правила закрепляются в стандартах.

Идеологической основой стандартизации в компьютерных сетях является многоуровневый подход.

Взаимодействие между сетевыми устройствами является сложной, технической задачей. Для решения сложных задач часто используют декомпозицию, т.е. разбиение сложной задачи на несколько простых задач-модулей.

Декомпозиция предполагает:

четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу;

определение правил взаимодействия между модулями.

Многоуровневый подход при декомпозиции предполагает следующее:

все множество модулей разбивается на уровни (при этом функции всех уровней четко определены);

уровни образуют иерархию (т.е. существуют верхние и нижние);

для решения своих задач каждый уровень обращается с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижнего уровня;

результаты работы модулей уровня могут быть переданы только соседнему, вышележащему.

В процессе работы сети взаимодействуют узлы, каждый из которых представляет собой иерархическую систему. Процедура взаимодействия этих узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих (равноправных) уровней участвующих сторон.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется ПРОТОКОЛОМ.

Уровни, находящиеся в одном узле в процессе работы, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами. Эти правила принято называть ИНТЕРФЕЙСОМ.

Т.о. средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Следует отметить, что протокол каждого уровня может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Эта независимость и делает многоуровневый подход привлекательным.

Эталонная модель ВОС является наиболее общим описанием структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и является основой обеспечения возможности параллельной разработки различных стандартов для ВОС.

Изначально определяется структура построения стандартов ВОС.

Затем описание услуг, которые должны предоставляться отдельными компонентами (уровнями) открытой системы.

Последний уровень детализации стандартов ВОС – разработка в рамках определенной услуги ВОС набора протоколов.

При этом под протоколом понимается документ, определяющий процедуры и правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом систем.

Таким образом, стандарт ВОС должен определять:

Эталонную модель ВОС;

Конкретный набор услуг, удовлетворяющих эталонной модели;

Набор протоколов, обеспечивающих удовлетворение услуг, для реализации которых они разработаны.

Исходя из вышесказанного, система является открытой, если она соответствует эталонной модели ВОС, стандартному набору услуг и стандартным протоколам.

Семиуровневая модель ВОС

Сетевые модели OSI и IEEE Project 802

В 1978 г. Международная организация по стандартизации ISO (International Standards Organization) выпустила набор спецификаций описывающих архитектуру сетей с неоднородными устройствами. (Прообраз модели ВОС).

В 1984 г. ISO, выпустила новую версию своей модели, названную эталонной моделью ВОС. (Open System Interconnection reference model, OSI.)

Структура эталонной модели ВОС

В данной модели все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на семь взаимно подчиненных уровней. Уровень с меньшим номером представляет услуги смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Самый верхний (7) уровень только потребляет услуги, а самый нижний (1) только их предоставляет.

Семь уровней модели :

Физический уровень осуществляет передачу неструктурированного "сырого" потока битов по физической среде (без учета деления на кодовые комбинации). Реализуется электрический, оптический, механический и функциональный интерфейсы с кабелем. Формирует сигналы, которые переносят данные от верхних уровней. Устанавливает длительность каждого бита и способ перевода каждого бита в соответствующие электрические и оптические сигналы.

К этому уровню имеют отношение:

характеристики физических сред передачи данных (полоса пропускания, волновое сопротивление, помехозащищенность…);
характеристики электрических (оптических) сигналов (уровни, тип кодирования, скорость модуляции…);
тип разъема и назначение каждого контакта (BNC, RJ-45, RS-232c…).

Пример спецификация 10BaseT .

Канальный уровень

К основным задачам решаемым на канальном уровне относятся:

организация доступа к среде передачи;
реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок.

Если на физическом уровне рассматривается просто поток битов, то на канальном биты группируются в кодовые комбинации (фреймы). Фреймы защищаются помехоустойчивым кодированием обеспечивающим обнаружение или исправление ошибок.

В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации (только для строго определенной топологии сети).

Уровень управления каналом (второй уровень) или канальный представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, его поддержание и разъединение), организованный на основе физического соединения, он обеспечивает обнаружение и исправление ошибок.

Осуществляет передачу кадров данных от Сетевого к Физическому уровню. На приеме упаковывает "сырой" поток битов, поступающих от физического уровня, в кадры данных.

В целом КУ представляет собой законченный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. В некоторых случаях могут допускать непосредственную работу с прикладным уровнем.

Пример: Ethernet, Token ring.

Сетевой уровень (Network) отвечает за адресацию сообщений и перевод логических имен и адресов в физические адреса. Исходя из конкретных сетевых условий, здесь определяется маршрут от ПК отправителя к ПК получателя.

Основной задачей третьего (сетевого) уровня является маршрутизация сообщений, кроме этого он обеспечивает управление информационными потоками, организацию и поддержание транспортных каналов, а так же учитывает предоставленные услуги.

Если сетевой адаптер маршрутизатора не может передавать большие блоки данных, посланные ПК отправителя, на Сетевом уровне эти блоки разбиваются на меньшие. На Сетевом уровне получателя происходит обратный процесс переупаковки в исходное состояние.

Рассмотренные три нижних уровня определяют функционирование узла сети. Протоколы этих уровней обслуживают так называемую транспортную сеть. Как любая транспортная система, эта сеть транспортирует информацию, не интересуясь ее содержанием. Главной задачей этой сети является быстрая и надежная доставка информации.

Пример: IP (стек TCP/IP), IPX (стек IPX/SPX).

Транспортный уровень (Transport) Этот уровень принимает от вышестоящего уровня некоторый блок данных и должен обеспечить его транспортировку через сеть связи к удаленной системе. Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают специфику сети, через которую передаются данные, они "знают" лишь удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный же уровень должен "знать", как работает сеть, какие размеры блоков данных она принимает, и т.п.

Транспортный уровень гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования.

На этом уровне сообщения также могут переупаковываться: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются в один. Это увеличивает эффективность передачи пакетов по сети. На транспортном уровне ПК получателя сообщения распаковываются, восстанавливаются в первоначальном виде, и обычно посылается сигнал подтверждения.

Если качество канала хорошее, то используется облегченный сервис. Датаграмный режим (UDP).

Если качество канала плохое, то используется максимум средств – установление предварительного логического соединения, организация обратной связи, циклическая нумерация пакетов, квитирование, проверка контрольных сумм и т.д. (Режим виртуальных каналов TCP).

Сеансовый уровень (Session)

Следующий пятый уровень протоколов называют уровнем сессий или сеансовым. Его основным назначением является организация способов взаимодействия между прикладными процессами:

соединение прикладных процессов для их взаимодействия,

организация передачи информации между процессами во время взаимодействия

"рассоединения" процессов.

На этом уровне выполняются такие функции, как распознавание имен и защита, необходимые для связи двух приложений в сети.

Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек (chekpoints). Таким образом, в случае сетевой ошибки, потребуется заново передать только данные, следующие за последней контрольной точкой.

Представительский уровень (Presentation) определяет синтаксис передаваемой информации, т.е. набор знаков и способы их представления, которые являются понятными для всех взаимодействующих открытых систем.

Сам процесс согласования определяется протоколом уровня представления, по которому взаимодействующие системы договариваются о той форме, в которой будет передаваться информация.

Представительский уровень отвечает за преобразование протоколов, трансляцию данных, их шифрование, смену и преобразование применяемого набора символов (кодовой таблицы) и расширение графических команд. Может управлять сжатием данных.

На этом уровне работает редиректор, переадресовывающий операции ввода вывода к ресурсам сервера.

Прикладной уровень (Application) эталонной модели ВОС определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются ОС в процессе решения некоторой заранее известной задачи. Взаимодействующие системы должны одинаково интерпретировать получаемые данные.

Прикладной (пользовательский) уровень является основным, именно ради него существуют все остальные уровни. Он называется прикладным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы системы, которые должны решать некоторую задачу совместно с прикладными процессами, размещенными в других открытых системах.

Этот уровень обеспечивает услуги, напрямую поддерживающие приложения пользователя, такие как, программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базам данных, электронной почты. (FTP, TFTP…)

Модель IEEE Project 802. Расширение модели OSI.

В феврале 1980 г. был выпущен IEEE Project 802. Хотя публикация данного проекта опередила стандарты ISO данные работы велись параллельно, при полном обмене информации поэтому полностью совместимы.

IEEE Project 802 – установил стандарты для физических компонентов сети – интерфейсных плат и кабельной системы с которыми имеют дело Физический и Канальный кровни модели OSI .

Данные стандарты распределяются:

на платы сетевых адаптеров;

компоненты глобальных вычислительных сетей;

компоненты сетей на коаксиале и витой паре.

802-спецификации определяют способы, в соответствии с которыми сетевые карты осуществляют доступ к физической среде и передают по ней данные.

В модели IEEE Канальный уровень делится на два подуровня:

управление логической связью (контроль ошибок и управление потоком данных);

Управление доступом к среде. (контроль несущей, передача маркера,…).

Эталонная модель ВОС является удобным средством для распараллеливания разработки стандартов для взаимосвязи открытых систем. Она определяет лишь концепцию построения и взаимосвязи стандартов между собой и может служить базой для стандартизации в различных сферах передачи, хранения и обработки информации.

Контрольные вопросы

Архитектура открытых систем

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Архитектура открытых систем
Рубрика (тематическая категория)	Компьютеры

Открытые системы.

Понятие подхода открытых систем.

Применение подхода открытых систем в настоящее время является основной тенденцией в области информационных технологий и средств вычислительной техники, поддерживает эти технологии. Идеально открытых систем реализуют в своих выработках большинством поставщиком средств вычислительной техники и разработчиков программного обеспечения.

Открытая система - ϶ᴛᴏ система, которая состоит из компонентов, взаимодействующих друг с другом, через стандартные интерфейсы. Данное определение было сформулировано французской ассоциацией пользователей Unix в 1992 году, так же это исчерпывающий и согласованный набор международных стандартов информационных технологий и профилей, функциональных стандартов, которые специфицируют интерфейсы, службы и поддерживающие форматы, чтобы обеспечить интероперабельность и мобильность приложений, данных и персонала. Данное определение сформулировано международным научным техническим обществом (IEEE). Данное определение подчеркивает аспект среды, которые предоставляют открытые системы для ее использования, ᴛ.ᴇ. это внешнее описание открытой системы.

Общие свойства открытых систем обычно формулируются следующим образом:

1) расширяемость (масштабируемость)

2) мобильность (переносимость)

3) интеропирабельность (способность к взаимодействию с другими системами)

4) дружественность к пользователю, в т.ч. легкая управляемость

Понятие система носит двоякий характер.
Размещено на реф.рф
С одной стороны, система - ϶ᴛᴏ совокупность взаимодействующих элементов аппаратных и программных. С другой стороны, система может выступать в качестве компонента другой более сложной системы, которая в свою очередь должна быть компонентом системы следующего уровня.

Архитектура открытой системы таким образом оказывается иерархическим описанием ее внешнего облика и каждого компонента с точки зрения:

1. пользователя (пользовательский интерфейс)

2. проектировщика системы (среды проектирования)

3. прикладного программиста (среды программирования)

4. системного программиста (архитектура ЭВМ)

5. разработчика аппаратуры (интерфейсы оборудования)

Преимущество идеологии открытой системы

Для пользователя открытые системы обеспечивают:

1) новые возможности сохранения сделанных вложений благодаря свойствам эволюции постепенного развития функций системы и замены отдельных компонентов без перестройки всей системы

2) освобождение от зависимости от одного поставщика аппаратных или программных средств, а так же возможность выбора продуктов из предложенных на рынке при условии соблюдения поставщиком соответствующих стандартов открытых систем

3) дружественность среды, в которой работает пользователь и мобильность персонала в процессе эволюции системы

4) возможность использования информационных ресурсов имеющихся в других системах

Проектировщик информационных систем получает:

1. возможность использования разных аппаратных платформ

2. возможность совместного использования разных прикладных программ, основанных в различных операционных системах

3. развитие средства инструментальных сред, поддерживающих проектирование

4. возможности использования готовых программных продуктов и информационных ресурсов

Разработчики общесистемных программных средств получают:

1. новые возможности разделения труда, благодаря повторному использованию программ

2. развитые инструментальные среды и системы программирования

3. возможности модульной организации программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов

Архитектура открытых систем - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Архитектура открытых систем" 2017, 2018.

18.04.2007

Интегрированный комплекс безопасности объединяет различные подсистемы в единую структуру. Для согласования работы оборудования и программного обеспечения разработаны единые стандарты передачи данных. они называются открытыми потому, что их спецификации опубликованы и доступны всем разработчикам.

ОТКРЫТАЯ АРХИТЕКТУРА В ЭВМ

Открытая архитектура в ЭВМ - это архитектура ЭВМ или периферийного устройства, на которую опубликованы спецификации, что позволяет другим производителям разрабатывать дополнительные устройства к системам с такой архитектурой.

Работа над первым персональным компьютером была закончена в 1981 году компанией IBM, и в то время IBM не придавала особого значения ПК, используя много чужих компонентов, например, операционную систему DOS от Microsoft и процессор от Intel. Ни эти компоненты, ни система ввода-вывода не были лицензированы, что в дальнейшем позволило множеству сторонних фирм, пользуясь опубликованными спецификациями, забрать у IBM огромную долю рынка персональных компьютеров.

Сегодня в основе ПК лежит открытая архитектура - то есть способ построения, регламентирующий и стандартизирующий только описание принципа действия компьютера и его конфигурации, что позволяет собирать его из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-производителями. Принцип открытой архитектуры также предусматривает наличие в компьютере внутренних слотов расширения. ПК легко расширяется и модернизируется с использованием этих гнезд, к которым пользователь может подключать разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым конфигурировать свою машину в соответствии с личными предпочтениями.

Для того чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter - между и face - лицо). Интерфейс - это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утвержденным на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.

Каждый из функциональных элементов, таких как память, монитор или другое устройство, связан с шиной определенного типа - адресной, управляющей или шиной данных. Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры или адаптеры и порты. контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью достижения совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме того, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

ДОСТОИНСТВА И ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМ, СТРОЯЩИХСЯ НА ПРИНЦИПАХ ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ

Экономический аспект

Открытая архитектура позволяет строить и модернизировать системы наиболее экономичным способом. Источники экономической эффективности состоят:

в отсутствии необходимости разработки дополнительных интерфейсов к программным и аппаратным средствам;
в возможности повторного использования компьютерных программ при переходе с одной платформы на другую.

Инновационный аспект

Важнейшим аспектом принципа открытой архитектуры является ее инновационный характер. без использования перспективных стандартов невозможен выпуск конкурентосопособной компьютерной и телекоммуникационной продукции.

Новые протоколы передачи данных и аппаратные решения базируются на общепринятых стандартах с опубликованными спецификациями. Это делает простым их внедрение, а также замещение ими устаревших продуктов.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ

Для того чтобы обеспечить возможность работы в единой сети разнородным ЭВМ, построенным на различных платформах и работающим под различными операционными системами, необходимо было разработать идеологию взаимодействия ЭВМ. Она получила название архитектуры открытых систем.

При реализации сетей, как правило, используются стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована международная организация по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). Цель ISO - разработка модели международного коммуникационного протокола, в рамках которого можно разрабатывать международные стандарты.

Архитектура вычислителной сети - это описание ее общей модели. Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения в 1984 году ISO была разработана базовая модель взаимодействия открытых систем - OSI. Эта модель, часто называемая моделью архитектуры открытых систем, является международным стандартом для передачи данных.

Открытая система - система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Модель взаимодействия открытых систем (OSI) определяет процедуры передачи данных между системами, которые «открыты» друг другу благодаря совместному использованию ими соответствующих стандартов, хотя сами системы могут быть созданы на основе различных технических средств.

OSI служит базой для производителей при разработке совместимого сетевого оборудования. Эта модель не является неким физическим телом, отдельные элементы которого можно осязать. Она устанавливает способы передачи данных по сети, определяет стандартные протоколы, используемые сетевым и программным обеспечением. Модель представляет собой самые общие рекомендации для построения совместимых сетевых программных продуктов. Эти рекомендации должны быть реализованы как в аппаратуре, так и в программных средствах вычислительных сетей.

ОТКРЫТАЯ АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ «ИНТЕЛЛЕКТ»

В интегрированной системе безопасности «Интеллект» реализованы все принципы открытых систем. «Интеллект» осуществляет взаимодействие с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Прежде всего нужно отметить, что в «Интеллекте» применен объектно-ориентированный подход: любой элемент комплекса безопасности рассматривается и управляется как объект с определенным набором параметров (реакций и событий). Для взаимодействия «Интеллекта» с внешним по в его дереве объектов существует виртуальный модуль (IIDK - Interface Integration Development Kit), осуществляющий экспорт событий «Интеллекта» во внешнюю систему. И наоборот, события, получаемые через этот модуль «Интеллектом», интерпретируются им как определенные управляющие действия, что позволяет конфигурировать «Интеллект» и управлять им из внешней системы.

Программно-аппаратный комплекс функционирует на основе IBM-совместимых персональных компьютеров, используя для связи сервер - клиент транспортный протокол TCP/IP, уже давно являющийся установленным стандартом передачи данных с открытой спецификацией. Более того, «Интеллект» не накладывает ограничений на максимальное количество серверов и клиентов в сети - ограничения устанавливает только пропускная способность канала обмена информацией между ними.

Оборудование, интегрированное в систему «Интеллект», подключается к компьютеру через стандартные интерфейсы ввода-вывода, на которые также давно известны и опубликованы спецификации (RS-232, RS-485 и т.д.). И в этом случае «Интеллект» не накладывает ограничения на количество функциональных узлов оборудования, подключаемого к одному компьютеру, - ограничения накладывает только спецификация самого компьютера (количество свободных интерфейсов).

При разработке охранно-пожарных панелей, систем контроля доступа и другого охранного оборудования компаниипроизводители придерживаются установленных стандартов и спецификаций на интерфейсы обмена и передачи информации, но протоколы управления у каждого производителя при этом могут быть разными. Протокол - это набор правил и процедур, необходимых для организации взаимодействия между оборудованием и программной средой. Все, что необходимо для работы оборудования любой сложности любого производителя в среде «Интеллект», - это протокол, посредством которого осуществляются контроль и управление этим оборудованием. можно сказать, что протоколов существует ровно столько, сколько производителей оборудования, но в любом случае оборудование современных охранных систем будет подключаться на физическом уровне к компьютеру через интерфейсы, спецификации на которые давно известны всему миру.

Максим Савчихин,
руководитель отдела обучающего консультирования компании ITV

Эталонная модель архитектуры открытых систем (OSI) описывает, каким образом происходит обмен информацией между информационными системами (прикладными процессами) с использо-ванием механизма связи открытых систем. Модель делится на семь функциональных разделов (уровней), которые называются: прикладной, представления, сессии, транспортный, сетевой, уровень звена передачи данных и физический уровень.

Цель прикладного уровня – служить “окном” между общающимися пользователями в среде OSI, через которую происходит весь обмен информацией между пользователями.

Цель уровня представления – представлять информацию (во внешних формах представления) для общающихся пользователей таким способом, который сохранял бы смысл, несмотря на синтаксические различия.

Цель уровня сессии – обеспечивать средства, необходимые взаимодействующим элементам уровня представления для организации и синхронизации их диалога и управления обменом данными. Для этого уровень сессии обеспечивает средства для установления связи посредством сессии между двумя элементами уровня представления и для обеспечения их упорядоченного взаимодействия при обмене данными.

Транспортный уровень и нижележащие уровни (сетевой, звена передачи данных и физический) обеспечивают технические средства передачи данных, сети данных и вычислительные средства, используемые уровнем представления.

Трехуровневая архитектура информационных систем, связана с эталонной моделью OSI (Взаимодействие открытых систем) следующим образом (рисунок 6).

Концептуальный и внешний уровни Трехуровневой архитектуры информационных систем соответствуют функциям прикладного уровня и уровня представления.

Внутренний уровень имеет дело с внутренним представлением данных включая внутреннее манипулирование данными и фактическое физическое хранение данных на запоминающих устройствах. Область деятельности здесь сравнима по характеру с уровнями сессии, транспортным, сетевым, уровнем данных и физическим уровнем. Их функции, однако – соответственно, хранение данных и обмен ими – различны.

Методы моделирования данных

В данном разделе мы рассмотрим некоторые методы моделирования данных в области концептуальных схем. Будут выделены несколько общих аспектов в различных методах и в общих чертах охарактеризованы каждый из них. Эти сведения не являются исчерпывающими. Цель их найти некоторые удобные критерии для:

Выделения различных методов описания предметной области в концептуальной схеме и информационной базе;

Выделения основных понятий, необходимых для языков концептуальной схемы;

Анализа и оценки основ стандартного языка концептуальной схемы.

Рассматриваются следующие критерии.

1. Сопоставление формы и содержания.

Ранние методы концентрировали внимание на формах моделируемых данных. То есть определялись структуры данных, удобные для хранения и/или обработки в ЭВМ. В частности, оптимизировалось обновление данных, хотя уделялось также внимание и проблемам доступа к данным. Термин “моделирование данных” восходит к этим методам. Более поздние методы моделирования подчеркивают важность моделирования смысла (семантики) информации. В этих методах большую роль играют семантические правила для информации. Такие семантические модели считаются независимыми от моделей данных, описывающих формы представления и хранения информации и находятся на более высоком уровне.

Рисунок 6. Взаимосвязь трехуровневой архитектуры АИС с эталонной моделью OSI

Другими словами, эти семантические модели обеспечивают концептуальное представление. Термин “информационное моделирование”, часто ассоциируется с этими методами. При этом вовсе не игнорируются формы данных и их влияние на практические проблемы эффективности. Но считается, что принимать решения по поводу манипулирования и хранения данных –
в частности, по поводу требований к эффективности обработки – можно только при ясном понимании и формальном определении того, что в точности представляют данные, какие правила и ограничения существуют, и какие действия по манипулированию информацией необходимы пользователю.

2. Статические аспекты в сравнении с динамическими аспектами.

Многие из методов моделирования сосредоточены на статических аспектах концептуальной схемы и информационной базы. Другие выделяют динамические аспекты или даже почти полностью ориентированы на действия. Некоторые модели включают в себя все эти аспекты.

3. Возможность различать лексические и нелексические сущности.

Многие методы не допускают четкого различия между лексическими и нелексическими сущностями, т.е. между именами предметов и самими предметами. Другие позволяют проводить такое различие или даже требуют ясного различия между ними.

4. Выразительная мощность.

Под этим подразумевается степень полноты, с которой данный метод может формально выразить все нужные аспекты и ограничения предметной области в концептуальной схеме. Выразительная способность может существенно отличаться от метода к методу.

Некоторые из методов рассматривают конструкции, относящиеся к единичным, семантически независимым высказываниям предметной области, таким образом, явно формулируя каждое высказывание как отдельный модуль. С другой стороны, некоторые методы позволяют создавать конструкции, выражающие высказывания произвольной сложности, группирующие несколько простых высказываний в один модуль.

6. Разделение различных видов высказываний.

Некоторые из методов моделирования обращаются со всеми высказываниями одинаково,
а другие разделяют различные виды высказываний, обрабатывая (и обозначая) их по-разному. Например, некоторые методы моделирования различают атрибуты сущностей и связи между сущностями, тогда как другие считают это различие несущественным на концептуальном уровне. Другой пример – некоторые методы связывают определенный вид высказываний с понятием типа, считая их базовыми высказываниями, которые обрабатываются специальным образом.

В настоящее время существуют несколько методов моделирования в области информацион-ных систем и баз данных, в следующий перечень включены основные методы:

Абстрактные типы данных;

Модели, основанные на бинарных отношениях;

Концептуальные графы;

Модели предложений с глубокой структурой;

Модели сущность – связь;

Модели, ориентированные на функции или на действия;

Модели, основанные на n-арных отношениях;

Сетевые модели (включая CODASYL);

Модели объект – роль;

Модели взаимодействия процессов;

Реляционные модели;

Сематические сети;

Теоретико-множественные модели.

Каждый из этих методов имеет своих сторонников и каждый является особым взглядом на проблемы концептуальных схем и информационных баз. Остается неизученным вопрос, насколько существенно различаются эти методы, и не эквивалентны ли они в некотором смысле. Следующие три группы подходов выбраны для обсуждения проблем моделирования данных в данной юните:

Сущность – атрибут – связь (EAR);

Модели на основе бинарных и элементарных n-арных отношениях;

Интерпретируемая логика предикатов.

Подходы сущность – атрибут – связь (EAR) основываются на следующих понятиях:

Сущности;

Связи между сущностями;

Атрибуты – ассоциации между значениями и сущностями, или между значениями и связями;

Значения.

В этих подходах используются также понятия тип и реализация применяемые к каждому из этих примитивных понятий.

Источником этих подходов послужил опыт моделирования данных в начале 1970-х годов. Первоначально рассматривались только бинарные связи, атрибуты связей не допускались.
Но последующие работы привели к вариантам, которые допускают n-арные связи между сущностями и позволяют связям иметь атрибуты (рисунки 7-9).

Рисунок 7. Представление связей в моделях EAR

Рисунок 8. Пример бинарной связи (n:2)

Рисунок 9. Пример тройной связи (n = 3)

Подходы EAR можно характеризовать как ориентированные на определение статических аспектов. Поэтому, вообще говоря, они могут только частично описывать различные правила предметной области. Подходы ЕАR часто подразумевают использование особых видов высказываний, которые группируются вместе и выражаются одной макро-конструкцией. Они не предусматривают явного различия лексических и нелексических сущностей.

Подходы на основе бинарных и элементарных n-арных отношений исторически основываются на работах по искусственному интеллекту и лингвистике, где рассматриваются “семантические сети” и другие подобные понятия. Они были предложены в начале 1970-х годов.

Подходы BR (BINARY RELATIONSHIP) различают сущности и имена сущностей, но не различают атрибуты и связи. Кроме того, признаются только бинарные отношения, они основаны на трех основных понятиях:

Сущности;

Имена сущностей;

Бинарные отношения.

В этих подходах используются также понятия тип и реализация, применяемые к каждому из примитивных понятий.

Подходы на основе бинарных отношений начинались с определения, главным образом, статических аспектов, но затем они были расширены с целью охватить и динамические аспекты. Эти подходы теперь могут описывать все правила, релевантные для предметной области. Варианты этих подходов явно различают лексические и нелексические сущности.

Подходы на основе элементарных n-арных отношений не ограничивают элементарные высказывания точно двумя сущностями, а допускают описание элементарных высказываний, включающих одну, две или более сущностей (элементарные n-арные отношения).

Подходы на основе интерпретируемой логики воспринимают предметную область состоящей исключительно из сущностей, для которых выполняются определенные высказывания. Концептуальная схема и информационная база образуют описание, состоящее только из множества предложений, закодированных на некотором формальном языке, основанном на формальной логике. Такие предложения состоят из:

Термов и переменных;

Предикатов;

Логических связок;

Кванторов.

Термы и переменные относятся к сущностям в предметной области, а предложения выражают высказывания об этих сущностях.

Суть подходов – формирование интерпретируемой, аксиоматизированной, дедуктивной, формальной системы логики, описывающей предметную область, не налагающей какого-либо ограничения со стороны метода моделирования на саму предметную область.

Основные принципы этих подходов одинаково хорошо применяются как к статическим, так и к динамическим аспектам предметной области и ее описания, которое хранится в концептуальной схеме и информационной базе. Поэтому, эти подходы могут описать все правила, предписанные для предметной области и ее описания. Они также предусматривают явное различие лексических и нелексических сущностей. Эти подходы предусматривают динамическое изменение концептуальной схемы, a также информационной базы.