3.3.2.7. Уровень приложений
В функции этого уровня входит поддержка прикладного программного обеспечения конечного пользователя. Она позволяет объединить самые разные компьютерные средства от терминалов до больших ЭВМ, работают с самыми разными операционными системами (VMX, Token Ring, Decnet, Netware и т.п.). В качестве примера таких средств можно привести систему NAS ( Network Applikations System) фирмы DEC, а также систему SAA( Systems Application Architecture) фирмы IBM.
Можно убедиться, что уровни 1 и 2 обычно реализуются аппаратно. На этих уровнях определяется физическая скорость передачи и топология сети. Более высокие уровни не работают напрямую с конкретной аппаратурой, но уровни 3,4,5 учитывают ее особенности.
Уровни 3,4,5 объединяют в отдельную группу, так как они управляют аппаратурой. Эти уровни обеспечивают взаимодействие передающего и принимающего абонентов, формируя виртуальный канал связи (в отличие от физического канала), т.е. канал связи, работающий временно, но который воспринимается пользователем как реальная линия связи. Задачи этих уровней в основном решаются средствами сетевой операционной системы или сетевой оболочки, хотя иногда отдельные функции возлагаются на аппаратуру.
Уровни 6 и 7 уже не имеют к аппаратуре вообще никакого отношения. Можно заменять аппаратуру на другую – они этого «не заметят» и не изменятся и обслуживаются эти уровни средствами взаимосвязи прикладных программ (примеры таких средств смотри выше).
Как и любая универсальная модель, модель OSI сильно избыточна. Она содержит в себе все возможные функции, которые в данной конкретной системе могут не использоваться, либо может не существовать такого разделения функций на уровни, как это предусмотрено в OSI. Тем не менее, модель OSI оказывается очень полезной при согласовании правил работы сложных систем в единый комплекс.
3.3.3. Классификация каналов межмодульного обмена
Для того чтобы ориентироваться в большом разнообразии уже разработанных и вновь разрабатываемых каналов межмодульного обмена, целесообразно произвести их классификацию по характерным признакам. Один из возможных вариантов классификации интерфейсов показан на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6.
Первым в приведенной классификации является признак функционального назначения. По этому признаку интерфейсы можно классифицировать как внутрисистемные и межсистемные. Физический смысл данного признака очевидно вытекает из его названия. Как правило, к внутрисистемным интерфейсам предъявляются более жесткие требования по скорости передачи и менее жесткие по максимальной длине.
Следующим отличительным признаком является структура организации обмена. Этот признак определяется топологией связи. По топологии связей различают четыре основных структуры:
- радиальную;
- цепочечную;
- магистральную;
- смешанную (комбинацию первых трех структур).
Радиальной структуре соответствует топология типа «звезда», цепочечной – типа «кольцо», магистральной – типа «шина» (рисунок 3.7).
Рисунок 3.7.
Вообще топология не относится к определяющим параметрам сети. Тем не менее , информацию о достоинствах и недостатках имеющихся топологий полезно знать, особенно при выборе типа интерфейса. В принципе существует еще множество типов топологий, например, «цепочка» (или «разомкнутое кольцо») или «дерево» (соединение многих «звезд»), но все они не получили такого же широкого распространения, как перечисленные четыре, которые существенно различаются областями применения и часто не могут заменять одна другую.
Не следует думать, что топология сети должна быть жестко связана с расположением соединяемых абонентов. При одном и том же расположении обычно можно применять любую из вышеуказанных топологий (рисунок 3.8.).
Рисунок 3.8.
Однако в ряде случаев одна из топологий бывает гораздо удобнее других с точки зрения удобства прокладки кабеля.
Рассмотрим основные преимущества и недостатки различных топологий.
В топологии типа «звезда» нарушения в работе центрального звена приводят к выходу из строя всей сети. Поэтому центральный компьютер должен быть гораздо надежнее (и дороже) остальных. К тому же центральный компьютер будет сильно загружен работой с сетью и не сможет заниматься другими задачами. Это ограничивает число абонентов в сети (обычно их не более 16) . Зато сеть с такой конфигурацией мало чувствительна к выходу из строя соединительного кабеля, поскольку разрыв кабеля в любом месте нарушает связь только с одним абонентом.
В топологии типа «кольцо» вся передаваемая информация проходит через всех абонентов. Поэтому выход из строя любого из них нарушает работу сети в целом. Кроме того, разрыв кабеля в любом месте выводит из строя всю сеть. Для предотвращения такой ситуации приходится дублировать кабель. Все элементы сети здесь равноправны и, соответственно, равносложны. Однако возможен случай, когда один из них выполняет функцию диспетчера, тогда он, как и в предыдущем случае, будет значительно сложнее и дороже остальных. К преимуществам такой топологии следует отнести значительное число абонентов (1024 и более) и большая протяженность сети, поскольку в кольце автоматически производится усиление передаваемых сигналов каждым абонентом. Поэтому протяженность сети ограничивается не затуханием в ней сигналов, а временем прохождения по ней сигнала.
В топологии типа «шина» чрезвычайно важны вопросы согласования, поскольку при обрыве кабеля возникают отражения и наложения сигналов, которые могут полностью вывести сеть из строя. Зато к выходу из строя компьютеров «шина» нечувствительна, а именно: нарушается только обмен с неисправным компьютером. Максимальное количество абонентов в «шине» такое же, как и в кольце.
Различают следующие режимы обмена информацией:
- симплексный, когда возможна только односторонняя связь между модулями;
- дуплексный, когда каждый модуль может передавать информацию в любой момент времени (аналогично телефонному разговору);
- полудуплексный – когда каждый из модулей может начать передачу, если линия связи окажется при этом свободной;
- мультиплексный – когда в каждый момент времени связь может быть осуществлена между одним модулем – источником информации и одним или несколькими модулями приемниками по общему каналу передачи.
В локальную сеть всегда входят несколько абонентов, при этом каждый из них, как правило, работает самостоятельно и в любой момент может обратиться к сети. Поэтому требуется управление обменом с целью упорядочения использования сети различными абонентами, предотвращения или разрешения конфликтов между ними. В противном случае возможно искажение передаваемой информации.
По управлению передачей информации в каналах интерфейсы могут подразделяться в зависимости:
- от размещения управляющих обменом информацией модулей (контроллеров) на каналы с централизованным и децентрализованным (распределенным) управлением;
- от дисциплины доступа к каналу на каналы со случайным доступом и с детерминированным доступом.
Централизованное управление производится от одного контроллера, а децентрализованное – от нескольких. Децентрализация может быть полной (когда все модули являются потенциальными контроллерами) либо частичной.
При децентрализованном управлении со случайным доступом все модули – потенциальные контроллеры и могут выходить на передачу в канал в любое время.
Такая свобода приводит к появлению конфликтов за захват общего канала и возможности наложения двух и более передач. Для уменьшения вероятности наложения модули перед выдачей сообщения прослушивают канал и начинают выдачу только при отсутствии передачи от других модулей в канале (режим «Прослушивание передачи»). Дальнейшее уменьшение вероятности столкновений (коллизий) возможно в режимах «Прослушивание передачи с обнаружением столкновений» и «Прослушивание передачи с избеганием столкновений».
Детерминированный метод доступа исключает столкновения за счет централизации управления в одном контроллере в данный момент. Централизованное или частично централизованное управление с детерминированным доступом в зависимости от источника инициализации передачи сообщения может быть организовано по следующим дисциплинам:
- по меткам времени опорного таймера;
- по инициативе контроллера в режиме «команда – ответ»;
- по запросу от вторичных модулей.
В первом случае модуль – источник и модуль – приемник назначаются синхронно по времени по сигналам опорного таймера. Во втором случае сообщения инициализируются контроллером, активизирующим вторичные модули на прием или передачу командными сообщениями. В третьем случае требуется дополнительная шина для передачи запросов от вторичных модулей, поэтому этот метод используется ограниченно во внутрисистемных каналах.
Рассмотрим особенности управления обменом в сетях с различной топологией;