Открытая система

Сеть, классификация информационных сетей

Система

В информатике системой называют совокупность, состоящую из одного либо нескольких компонентов, соответствующих средств программирования, операторов, физических процессов, средств телекоммуникации и других образующих автономное целое, способное осуществлять обработку и передачу данных.
Определение «система» используют также для характеристики комплексных задач, выполненных в сети (межбанковская система, система ввода и маршрутизации сообщений и т.д.).
Система может быть создана в одном устройстве или в группе устройств, установленных в данном месте. Такая система называется одноточечная. Основными типами одноточечных систем сети являются: абонентская, ретрансляционная и административная системы.
Кроме того, она может быть создана во множестве взаимосвязанных устройств, установленных в различных местах (многоточечная). Многоточечная система образует сеть.

Сеть - это взаимодействующая совокупность объектов, связанных друг с другом линиями. Основные характеристики сети, её структура и особенности определяются архитектурой. Наибольшее распространение получила архитектура взаимодействия открытых систем. Также широко используются архитектуры крупных фирм-изготовителей.
В зависимости от технологии передачи данных различают (см. рис.):
· сети с маршрутизацией данных (каждый блок данных передаётся только одной системе-адресату)
· сети с селекцией данных (каждый блок данных передаётся всем системам).

По территориальному признаку сети делятся на:
· локальные;
· территориальные;
· глобальные;
· смешанные
Кроме того, различают:
· коммуникационные сети. Предназначены для передачи данных, могут также обеспечивать выполнение задач, связанных с преобразованием данных (сборкой символов в пакеты, обеспечение достоверности передачи и т.д.);
· информационные сети. Они получаются подключением к коммуникационной сети абонентских систем. При этом на базе коммуникационной сети может быть построена не одна, а группа информационных сетей.

Современные сети являются пассивными, поэтому в них вводятся компоненты активной диагностики и управления ресурсами. Последние становятся всё более распространёнными, увеличивая надёжность и гибкость функционирования сетей.
Любая сеть создаётся для удовлетворения запросов её пользователей. Поэтому наряду с многопрофильными (универсальными) сетями распространение получают сети специализированные, предназначенные для выполнения определённых целей (сеть библиотек, банковская сеть, исследовательская сеть, сеть Аэронет). Сейчас сети стали крупной областью индустрии.
Информационные сети, принадлежащие государству, называют общественными сетями. Информационные сети, созданные концернами, объединениями, фирмами, именуются частными сетями.
Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.
В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации.
Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению.
Сети также различают в зависимости от используемых в их протоколов и по способам коммутации.
Еще одним популярным способом классификации информационных сетей является их классификация по масштабу производственного подразделения, в пределах которого действует сеть. Различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети:
1. Сети отделов - это сети, которые используются сравнительно небольшой группой сотрудников, работающих в одном отделе предприятия. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
2. Сети кампусов. Сети кампусов получили свое название от английского слова campus - студенческий городок. Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории, покрывающей площадь в несколько квадратных километров. При этом глобальные соединения в сетях кампусов не используются. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к общим базам данных предприятия, доступ к общим факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. В результате сотрудники каждого отдела предприятия получают доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей других отделов.
3. Корпоративные сети. Корпоративные сети называют также сетями масштаба предприятия. Сети масштаба предприятия (корпоративные сети) объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Они могут быть сложно связаны и покрывать город, регион или даже континент. Число пользователей и компьютеров может измеряться тысячами, а число серверов - сотнями, расстояния между сетями отдельных территорий могут оказаться такими, что становится необходимым использование глобальных связей. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства, в том числе телефонные каналы, радиоканалы, спутниковая связь.

3. БАЗОВАЯ ЭТАЛОННАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ (БЭМВОС)

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (БЭМВОС) - это концептуальная основа, определяющая характеристики и средства открытых систем. Она обеспечивает работу в одной сети систем, выпускаемых различными производителями. Разработана ISO (международной организацией стандартов) и широко используется во всём мире как основа концепций информационных сетей и их ассоциаций. На базе этой модели описываются правила и процедуры передачи данных между открытыми системами. Она также описывает структуру открытой системы и комплекс стандартов, которым она должна удовлетворять.

Открытая система (OSI) - это система, использующая соответствующие международные стандарты.
По определению комитета IEEE открытая система - это система, реализующая открытые спецификации (стандарты) на интерфейсы, службы и форматы данных, достаточное для того, чтобы обеспечить:
· возможность переноса (мобильность) прикладных систем с минимальными изменениями на широкий диапазон систем;
· совместную работу (интероперабельность) с другими прикладными системами на локальных и удалённых платформах;
· взаимодействие с пользователями в системе, облегчающее переход от системы к системе (мобильность пользователей).
"Открытая спецификация" определяется как "общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным согласительным процессом, направленным на постоянную адаптацию новой технологии, и соответствует стандартам". Согласно этому определению, открытая спецификация не зависит от конкретной технологии, т.е. не зависит от конкретных технических и программных средств или продуктов отдельных производителей.
Каждая открытая система предназначена для выполнения двух задач: обработки и передачи данных, следовательно, она состоит из 2 частей.

Первая часть - это прикладные процессы, предназначенные для обработки данных и в первую очередь для нужд пользователей. Вторая часть - область взаимодействия, которая обеспечивает передачу данных между прикладными процессами, расположенными в различных системах.
Основными элементами модели являются: уровни, объекты, соединения, физические средства соединений.
Модель информационной системы состоит из трёх основных составляющих:
· прикладные процессы (осуществляют обработку данных, а также организуют управление сетью);
· область взаимодействия (размещаемые в ней блоки прокладывают в сети логические каналы (пунктирная линия на рисунке) между портами прикладных процессов и обеспечивает их взаимодействие);
· физические средства соединений (обеспечивают физическую связь систем).

Рисунок «Модель информационной сети»

Из-за сложности области взаимодействия она делится на группу расположенных друг над другом уровней. В БЭМВОС их выделяется семь. При этом логическая структура системы может быть представлена следующим рисунком:

Каждый уровень выполняет определённые ему функции сетей:

Уровни выполняют широкий комплекс функций, связанных с передачей данных между прикладными процессами и не зависят друг от друга. Любой уровень состоит из активных объектов. Каждый из них взаимодействует с другими объектами на том уровне, на котором они расположены, предоставляет сервис соседнему сверху уровню и получает сервис с соседнего нижнего уровня. Для выполнения возложенных на них задач объекты обмениваются блоками данных.
Рассмотрим указанные уровни подробно:
7. Прикладной:
Обеспечивает прикладным процессам средство доступа к области взаимодействия. Для этого он выполняет функции:
· описание форм и методов взаимодействия прикладных процессов;
· идентификация пользователей по их паролям, адресам, электронным подписям;
· определение достаточности имеющихся ресурсов;
· подача заявок представительному уровню на необходимые методы описания информации;
· посылка запросов на соединение с другими прикладными процессами;
· синхронизация взаимодействия прикладных процессов;
· определение качества обслуживания (время доставки блоков данных, обнаружение ошибки и т.д.)
6. Представительный:
Он представляет в нужной форме данные, передаваемые между прикладными процессами (кодирование, шифрование, синтаксис и т.д.).
Представительный уровень выполняет следующие основные задачи:
· выбор образа представления из возможных вариантов;
· изменение образа в виртуальный (использование стандартных виртуальных форм представления данных позволяет обеспечить взаимодействие между прикладными процессами, не выясняя, какие виды представления данных используют взаимодействующие партнёры);
· преобразование синтаксиса данных (кодов символов в стандартный);
· определение формата данных.
Для реализации этого представительный уровень выполняет следующие функции:
· генерация запросов на установление сеансов взаимодействия прикладных процессов;
· согласование между прикладными процессами видов представления данных;
· засекречивание данных;
· передача запросов на прекращение сеансов.
5. Сеансовый уровень
Определяет процедуру проведения сеансов (циклов операций, выполняемых без перерыва) между пользователями или прикладными процессами.
Для проведения сеанса в каждой информационной сети выполняются процедуры, которые определяют установление сеанса, его идентификацию, восстановление после отказа, сбоя или ошибки, и прекращение сеанса. Во время каждого сеанса партнёры обмениваются данными и активно управляют происходящим процессом.
Данный уровень обеспечивает выполнение следующих функций:
· установление и завершение на сеансовом уровне соединения между партнёрами;
· управление взаимодействием прикладных процессов;
· синхронизация работы сеансовых соединений;
· извещение прикладных процессов об исключительных ситуациях;
· прерывание в нужных случаях прикладных процессов и их корректное возобновление.
4. Транспортный уровень
На этом уровне данные передаются через коммуникационную сеть.
В перечень функций транспортного уровня входят:
· управление передачей и обеспечение целостности блоков данных;
· обнаружение ошибок, частичная их ликвидация, сообщение об неисправленных ошибках;
· восстановление передачи после отказов и неисправности;
· предоставление приоритетов при передаче блоков;
· присылка подтверждений от переданных блоков данных.
3. Сетевой уровень
Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а, с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Сообщения сетевого уровня принято называть "пакетами" (packet).
Главная задача сетевого уровня - выбора наилучшего пути следования пакетов, т.е. маршрутизация. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший, время передачи данных по маршруту зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которые могут изменяться с течением времени.
Основная идея сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой топологией.
Таким образом, сетевой уровень обеспечивает прокладку каналов, соединяющих системы через коммуникационную сеть. Он может выполнять функции:
· создание сетевых соединений и идентификация их портов;
· обнаружение и исправление ошибок;
· управление потоками пакетов;
· маршрутизация и коммутация;
· сегментирование и объединение пакетов.
2. Канальный уровень
Протоколы канального уровня обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией.
На этом уровне осуществляется передача данных между системами. Поскольку на физическом уровне просто пересылаются биты и не учитывается, что в некоторых сетях физическая среда передачи может быть занята, одной из задач канального уровня является проверка доступности среды передачи.
Сформированный на сетевом уровне пакет перемещается на канальный уровень для упаковки в блок данных, именуемый кадром.
Кадр по каналам передачи данных направляется смежной системе. Здесь пакет извлекается из кадра. Если рассматриваемая система является адресатом (абонентской системой), то пакет передаётся на верхние уровни этой системы. Если же это ретрансляционная система, которая находится на пути к системе - адресату, то пакет упаковывается в новый кадр, пока пакет не достигнет адресата.
Функции уровня:
· организация (установление, управление, расторжение) канальных соединений и идентификация их портов;
· организация последовательностей и передача блоков данных;
· обнаружение и исправление ошибок;
· управление потоками данных.
Размер кадра зависит от способа передачи и качества канала, по которому он передаётся.
1. Физический уровень - это уровень, определяющий механические, оптические, электрические и процедурные средства передачи сигналов через физические средства соединения. Задачей уровня является создание физических интерфейсов, необходимых для подключения систем к физическим средствам соединения. Каждый из этих интерфейсов включает механические аспекты (муфты, соединители и т.д.), а также оптические или электрические характеристики (напряжение, ток, методы модуляции и т.д.).
Данный уровень выполняет следующие функции:
· установление и разъединение физических соединений;
· передача последовательностей сигналов;
· прослушивание канала (оно необходимо в тех случаях, когда к одному каналу подключается группа систем, но одновременно передавать сигналы разрешается только одной из них). Прослушивание используется для определения, свободен ли канал для передачи;
· идентификация канала;
· оповещение о появлении неисправностей и отказов.