Тема 3. Теоретические основы современных информационных сетей. Базовая эталонная модель международной организации стандартов.

Цель: изучить основы современных информационных сетей и состав уровней базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (БЭМВОС).

Задачи:

• рассмотреть и изучить основы современных информационных сетей;

• рассмотреть и изучить состав уровней БЭМВОС;

• рассмотреть и изучить передачу данных между уровнями БЭМВОС.

После изучения темы Вы должны знать:

• основы современных информационных сетей;

• состав уровней БЭМВОС;

• характер передачи данных между уровнями БЭМВОС

Теоретические основы современных информационных сетей

Такие параметры, как число и длина пакетов, поступающих в сеть или проходящих через неё в любой момент времени, число вызовов, поступающих на вход сети за заданное время, продолжительность занятия (ресурса) - в общем случае подвержены статистическим изменениям. Поэтому ключевую роль в анализе сетей играет теория очередей (называемая также теорией массового обслуживания).

Пакеты, поступающие на вход сети или промежуточного узла, на пути к пункту назначения накапливаются, обрабатываются с целью выбора подходящего канала передачи к следующему узлу, а затем считываются в этот канал, когда наступит время их передачи. Время, затраченное на ожидание передачи в накопителе, является важной мерой, характеризующей работу сети. Оно зависит от времени обработки в узле и длины пакета, а также от пропускной способности канала передачи и дисциплины обслуживания, применяемой при обработке пакета.

Теория очередей возникает также при исследовании сетей с коммутацией каналов. Во-первых, при изучении обработки вызовов, во-вторых, при анализе зависимости между числом доступных каналов и вероятностью того, что вызов, требующий установление соединения, будет заблокирован или поставлен в очередь для ожидания обслуживания.

На рисунке 5 представлена модель обслуживания сети

Рис. 5. Модель обслуживания сети

В качестве пакетов рассматриваются пакеты данных для случая коммутации пакетов или вызовы для систем с коммутацией каналов. Пакты поступают случайным образом со скоростью λ в единицу времени. Они ожидают обслуживания в накопителе, и обслуживаются в соответствии с некоторой конкретной дисциплиной со средней скоростью μ пакетов в единицу времени. На рисунке показана одна обслуживающая линия это средство передачи (исходящий канал или линия, передающие пакеты или, в случае систем с коммутацией каналов, обрабатывающие вызовы), которое передает данные с предписанной скоростью С блоков данных в единицу времени. В более же общем случае могут быть доступны несколько обслуживающих линий, и в этом случае одновременно могут обслуживаться несколько пакетов. Длительность процесса обслуживания определяется длиной пакета или продолжительностью соединения.

Если интенсивность поступления λ приближается к скорости обработки пакетов μ, очередь начинает расти. При накопителе конечной ёмкости очередь достигает наибольшей допустимой величины, а при переполнении накопителя поступление всех последующих пакетов будет заблокировано.

Введём параметр конец формы начало формы ρ = λ/μ . Его называют коэффициентом использования канала или интенсивностью нагрузки. Когда ρ приближается к 1 или превышает её, возникает область перегрузки, и поступающие пакеты блокируются более часто. Характеристики сети (время задержки, вероятность блокировки и т.д.) зависят также от вероятности состояний очереди. Для расчёта вероятностей состояния должны быть известны следующие характеристики:

- процесс поступления пакетов (статистика входящих потоков);

- распределение длин пакетов (распределение времени обслуживания);

-дисциплина обслуживания (обслуживание в порядке поступления - ОПП или FIFO, некоторые дисциплины обслуживания с приоритетами).

Для многолинейных систем вероятности состояний зависят также от числа обслуживающих линий.

В теории массового обслуживания принято моделировать процесс поступления вызовов с помощью Пуассоновского процесса.

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем

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.

Открытая система

Открытая система (OSI) - это система, использующая соответствующие международные стандарты. Управление процессом передачи и обработки данных в сети, требует стандартизации следующих процедур:

- выделения и освобождения ресурсов компьютеров и системы телекоммуникации;

- установления и разъединения соединений;

- маршрутизации, согласования, преобразования и передачи данных;

- контроля правильности передачи;

- исправления ошибок и др.

Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов, определяющих процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол — это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислитель­ной сети.

В общем случае сеть должна иметь 7 функциональных уровней (табл. 1).

Таблица 1.  

Уровни модели OSI

Уровень OSI	Назначение	Примеры протоколов
7 Прикладной	Обеспечивает прикладным процессам пользователя средства доступа к сетевым ресурсам; является интерфейсом между программами пользователя и сетью. Имеет интерфейс с пользователем	Х.400, NCR HTTP, SMTP, FTP, FTAM, SAP, DNS, Telnet и т. д.
6 Представления	Устанавливает стандартные способы представления данных, которые удобны для всех взаимодействующих объектов прикладного уровня. Имеет интерфейс с прикладными программами	X.226

Окончание таблицы 1

5 Сеансовый	Обеспечивает средства, необходимые сетевым объектам для организации, синхронизации и административного управления обменом данных между ними	X.225, RPC, NetBEUI и т. д.
4 Транспортный	Обеспечивает надежную, экономичную и «прозрачную» передачу данных между взаимодействующими объектами сеансового уровня	Х.224, TCP, UDP, NSP, SPX, SPP, RH и т. д.
3 Сетевой	Обеспечивает маршрутизацию передачи данных в сети, устанавливает логический канал между объектами для реализации протоколов транспортного уровня	X.25, X.75, IP, IPX, IDP, TH, DNA-4 и т. д.
2 Канальный	Обеспечивает непосредственную связь объектов сетевого уровня, функциональные и процедурные средства ее поддержки для эффективной реализации протоколов сетевого уровня	LAP-B, HDLC, SNAP, SDLC, IEEE 802.2 и т.д.
1 Физический	Формирует физическую среду передачи данных, устанавливает соединения объектов сети с этой средой	Ethernet, Arcnet, Token Ring, IEEE 802.3, 5

Указанные уровни управления можно по разным признакам объединять в группы:

-  уровни 1, 2 и частично 3 реализуются в большей части за счет аппаратных средств; верхние уровни с 4 по 7 и частично 3 обеспечиваются программными средствами;

- уровни 1 и 2 ответственны за физические соединения; уровни 3-6 заняты орга­низацией передачи, передачей и преобразованием информации в понятную для абонентской аппаратуры форму; уровень 7 обеспечивает выполнение приклад­ных программ пользователя.

Выводы

В данной теме были рассмотрены основы современных информационных сетей и состав уровней базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (БЭМВОС).