Логическая организация сети
Основные требования, которым должна удовлетворять организация сетей:
- открытость- возможность включения дополнительных рабочих станций, терминалов, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов;
- гибкость - сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ЭВМ, линий и узлов связи, а также возможность работы любых рабочих станций с терминалами различных типов;
- эффективность- обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.
Для обеспечения указанных требований организация управления работой сети строится по многоуровневой схеме, в основе которой лежат понятия процесса, уровня управления, интерфейса и протокола.
Процессы
Функционирование сети представляетсяв терминах процессов.
Процесс—это динамический объект, реализующий собой целенаправленный акт обработки данных. Процессы подразделяются на два класса: прикладные и системные.
Прикладной процесс заключается в выполнении прикладной программы или обрабатывающей программы операционной системы, а также в функционировании терминала, т.е. пользователя, работающего на терминале.
Системный процесс —заключается в выполнении программы (алгоритма), реализующей вспомогательную функцию, связанную с обеспечением прикладных процессов: активизация терминала для прикладногопроцесса,организация связи между процессами и др.
Модель процесса представлена на рис.1.2. Процесс порождаетсяпрограммой или пользователем и связан с данными, поступающими извне в качестве исходных и формируемыми процессом для внешнего использования.
Сообщение.Ввод данных, необходимых процессу,и вывод данных производится в формесообщений - последовательностей данных, имеющих законченное смысловое значение.
Порт.Ввод сообщений в процесс и вывод сообщений из процесса производится через логические (программно-организованные) точки, называемыепортами. Порты подразделяются на входные и выходные. Таким образом, процесс как объект представляется совокупностью портов, через которые он взаимодействуетедругими процессами сети.
Взаимодействие процессовсводится к обмену сообщениями, которые передаются по каналам, создаваемым средствами сети.
Сеанс.Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называетсясеансом(сессией). Важноподчеркнуть,что в компьютере взаимодействие процессов обеспечивается за счет доступа к общим для них данным (общей памяти)и обмена сигналами прерывания.В вычислительных сетях единственная форма взаимодействия процессов- обменсообщениями. Это отличие связано с территориальной распределенностью процессов в вычислительных сетях, а также с тем, что дляфизическогосопряжения компонентов сети используются каналы связи, которые обеспечивают передачу сообщений, но не отдельных сигналов.
Уровни управления
Основная задача компьютерной сети – обеспечение надежного взаимодействия прикладных процессов. Под прикладными процессами понимают процессы ввода, хранения, обработки и выдачи информации для пользователя.
Для обеспечения этой задачи необходимо выполнить чрезвычайно много разнообразных операций. Эта задача чрезвычайно сложная и для ее решения потребуется объединение большого числа разработчиков. А это станет возможным лишь после предварительного разбиения требуемых функций на отдельные подфункции и создание спецификаций их и принципов их согласованного взаимодействия. В результате решения этой задачи были предложены так называемые многоуровневые модели, описывающие функционирование сети.
За каждым уровнем закрепляется фиксированная часть функций и в соответствии с ними уровню присвоено определенное название, отражающее его назначение. Уровни подстраховывают и проверяют работу друг друга.
Формальной процедуры выбора числа уровнейне существует. Выбор производится эмпирическимпутем на основе анализа различных вариантоворганизациисетей и опыта разработки и эксплуатации ранее созданных.сетей. Рассмотреннаясемиуровневаямодель, именуемаяархитектурой взаимодействия открытых систем (модели OSI),принята в качестве стандартаМеждународной организации по стандартизации(МОС / ISO)и используется как основа при разработке вычислительных сетей. (Создана в период 1977 по 1984 год) Она приведена нарис. 1.3. В каждой из систем прямоугольниками обозначены программные и аппаратные модули, реализующие определенные функции обработки и передачи данных. Модулираспределеныпо уровням 1 - 7. Уровень 1 является нижним и уровень 7 - верхним.
Рис. 1.3. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (OSI)
Модуль уровня n физически взаимодействует только с модулями соседних уровней(n+1) и(п -1). Модуль уровня 1 взаимодействует с передающей средой, которая может рассматриваться как объект уровня 0. Прикладные процессы принято относить к высшему уровню иерархии, в данном случае к уровню 7.
Физически связь между процессами обеспечивается передающей средой. Взаимодействие прикладных процессов с передающей средой организуется с использованием шести промежуточных уровней управления 1- 6, которые удобно рассматривать, начиная с нижнего.
Такая многоуровневая организация обеспечивает независимость управления на уровне пот порядка функционирования нижних и верхних уровней. В частности, управление каналом (уровень 2)происходит независимо от физических аспектовфункционированияканала связи, которые учитываются только на уровне 1.Управление сетью базируется на использовании надежных каналов передачи данных и не зависит от способов, применяемых для обеспечения надежности на уровне 2.
Управление сетью реализует специфичные процессы передачи данных по сети, но транспортный уровень взаимодействует с сетью передачи данных как единой системой, обеспечивающей доставку сообщений абонентам сети.
В конечном результате прикладной процесс создается только для выполнения определенной функции обработки данных без учета структуры сети, типа каналов связи, способа выбора маршрутов и т. д.Этим обеспечивается открытость и гибкость системы.
Сказанное можно проиллюстрировать рис. 1.4, на котором представлены средства, используемые при взаимодействии процессовАиВ,реализуемых в двух различных системах. ПроцессыАиВопираются на службу взаимодействия, которая для них является целостной системой, наделенной необходимыми функциями. Взаимодействие между процессами организуется средствами управления сеансами (уровень 5), которые работают на основе транспортного канала, обеспечивающего передачу сообщений в течение сеанса. Транспортный канал, создаваемый на уровне 4,включает в себя сеть передачи данных, которая организует связи, т.е.требуемые каналы, между любыми заданными абонентами сети.
Рис. 1.4.
Интерфейсы
Для реализации функций управления передачей данных используются и технические и программные средства. Как правило, уровни 1и2реализуются в основномтехническими средствами:на уровне1используются электронные схемы, а на уровне - программируемые контроллеры или микро-ЭВМ. На уровнях3—6используются программные средства, образующие сетевое программное обеспечение компьютера.
Взаимодействиемежду уровнями одной системы производится на основесоглашения – интерфейса, определяющего структуру данных и способ (алгоритм) обмена данными между соседними уровнями. Уровни управления1и 2связываютсямежду собой и с уровнем 3посредством схемных интерфейсов - интерфейсных шин. Порядок взаимодействия между уровнями управления, реализуемыми с помощью программных средств, определяетсяпрограммными интерфейсами - совокупностью процедур
F1(Ui), . . . , Fn(Un),
где Fi,..., Fn - наименования процедур, реализуемых j-муровнем управления, иUi, ...,Uт -множества формальных параметров соответствующих процедур. Указанные процедуры инициируются программами соседнего уровня и обеспечивают реализацию функций, возложенных на j-й уровень управления.