Μοντέλο αναφοράς αρχιτεκτονικής AIS τριών επιπέδων και αρχιτεκτονικής ανοιχτών συστημάτων. Αρχιτεκτονική δικτύου υπολογιστών

Η έννοια του «συστήματος» είναι διπλή. Από τη μία πλευρά, σύμφωνα με τον γενικό ορισμό, ένα σύστημα είναι μια συλλογή αλληλεπιδρώντων στοιχείων (εξαρτημάτων), υλικού και/ή λογισμικού. Από την άλλη πλευρά, ένα σύστημα μπορεί να λειτουργήσει ως συστατικό ενός άλλου, πιο σύνθετου συστήματος, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να είναι συστατικό ενός συστήματος στο επόμενο επίπεδο.

Από αυτή την άποψη, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί η ιδέα της αρχιτεκτονικής συστημάτων και εργαλείων, ως εξωτερικής περιγραφής τους (μοντέλο αναφοράς) από τη σκοπιά αυτών που τα χρησιμοποιούν. Η αρχιτεκτονική ενός ανοιχτού συστήματος αποδεικνύεται λοιπόν ότι είναι μια ιεραρχική περιγραφή της εξωτερικής του εμφάνισης και κάθε στοιχείου ως προς:

• χρήστη (διεπαφή χρήστη),
• σχεδιαστής συστήματος (περιβάλλον σχεδίασης),
• προγραμματιστής εφαρμογών (συστήματα και εργαλεία/περιβάλλοντα προγραμματισμού),
• προγραμματιστής συστήματος (αρχιτεκτονική υπολογιστών),
• προγραμματιστής υλικού (διεπαφές υλικού).

Η προτεινόμενη άποψη της αρχιτεκτονικής των ανοιχτών συστημάτων απορρέει από την προαναφερθείσα ανάγκη για μια ολοκληρωμένη εφαρμογή των γενικών ιδιοτήτων του ανοίγματος και είναι μια επέκταση της αποδεκτής έννοιας της αρχιτεκτονικής υπολογιστών σύμφωνα με τον G. Myers.

Ως παράδειγμα, εξετάστε την αρχιτεκτονική αναπαράσταση ενός συστήματος επεξεργασίας δεδομένων που αποτελείται από στοιχεία τεσσάρων περιοχών: διεπαφή χρήστη (σύμφωνα με τις απόψεις όλων των παραπάνω ομάδων), εργαλεία επεξεργασίας δεδομένων, εργαλεία παρουσίασης και αποθήκευσης δεδομένων και εργαλεία επικοινωνίας. Αυτή η αναπαράσταση απαιτεί τη χρήση τριών επιπέδων περιγραφών: το περιβάλλον που αντιπροσωπεύεται από το σύστημα, το λειτουργικό περιβάλλον (σύστημα) στο οποίο βασίζονται τα στοιχεία της εφαρμογής και το υλικό. Κάθε ένα από αυτά τα επίπεδα χωρίζεται για λόγους ευκολίας σε δύο υποεπίπεδα (βλ. πίνακα).

Ιεραρχία αναπαράστασης αρχιτεκτονικής συστήματος επεξεργασίας δεδομένων

Το επίπεδο περιβάλλοντος τελικού χρήστη χαρακτηρίζεται από περιγραφές εισόδου και εξόδου (δημιουργητές φόρμας και αναφορών), γλώσσες σχεδίασης μοντέλων πληροφοριών τομέα (γλώσσες 4GL), λειτουργίες προγραμμάτων χρησιμότητας και βιβλιοθήκης και το επίπεδο εφαρμογής του περιβάλλοντος επικοινωνίας όταν απομακρυσμένες υπηρεσίες ανταλλαγής πληροφοριών απαιτούνται. Στο ίδιο επίπεδο, ορίζεται το περιβάλλον εφαρμογής (εργαλειοθήκη): γλώσσες προγραμματισμού και συστήματα, γλώσσες εντολών (κελύφη λειτουργικού συστήματος), γλώσσες ερωτημάτων DBMS, επίπεδα συνεδρίας και αντιπροσωπευτικά περιβάλλοντα επικοινωνίας.

Σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος, παρουσιάζονται στοιχεία του λειτουργικού περιβάλλοντος που υλοποιούν τις λειτουργίες οργάνωσης της διαδικασίας επεξεργασίας, πρόσβασης στο περιβάλλον αποθήκευσης δεδομένων, τη διεπαφή παραθύρου, καθώς και το επίπεδο μεταφοράς του περιβάλλοντος επικοινωνίας. Το κατώτερο υποεπίπεδο του λειτουργικού συστήματος είναι ο πυρήνας, το σύστημα αρχείων, τα προγράμματα οδήγησης ελέγχου υλικού και το επίπεδο δικτύου του περιβάλλοντος επικοινωνίας.

Σε επίπεδο υλικού, είναι εύκολο να δούμε τα στοιχεία της αρχιτεκτονικής υλικού που είναι γνωστά στους προγραμματιστές υπολογιστών:

• σύστημα εντολών επεξεργαστή (επεξεργαστές),
• οργάνωση μνήμης,
• οργάνωση εισροών-εκροών κ.λπ.,

καθώς και μια φυσική υλοποίηση με τη μορφή:

• λεωφορεία συστήματος,
• λεωφορεία μαζικής μνήμης,
• διεπαφές περιφερειακών συσκευών,
• επίπεδο μεταφοράς δεδομένων,
• φυσικό στρώμα του περιβάλλοντος αποθήκευσης.

Η παρουσιαζόμενη άποψη της αρχιτεκτονικής ενός ανοιχτού συστήματος επεξεργασίας δεδομένων αναφέρεται σε εφαρμογές μιας μηχανής που περιλαμβάνονται σε ένα δίκτυο δεδομένων για ανταλλαγή πληροφοριών. Είναι σαφές ότι μπορεί εύκολα να γενικευτεί σε συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών με διαχωρισμό λειτουργιών, καθώς και σε κατανεμημένα συστήματα επεξεργασίας δεδομένων. Δεδομένου ότι τα στοιχεία που συνθέτουν το σύστημα επισημαίνονται σαφώς εδώ, μπορούμε να εξετάσουμε τόσο τις διεπαφές αλληλεπίδρασης αυτών των στοιχείων σε καθένα από τα καθορισμένα επίπεδα όσο και τις διεπαφές αλληλεπίδρασης μεταξύ των επιπέδων.

Περιγραφές και υλοποιήσεις αυτών των διεπαφών μπορούν να ληφθούν υπόψη μόνο σε ένα δεδομένο σύστημα. Τότε οι ιδιότητες του ανοίγματός του εμφανίζονται μόνο στο εξωτερικό επίπεδο. Ωστόσο, η σημασία της ιδεολογίας των ανοιχτών συστημάτων είναι ότι ανοίγει μεθοδολογικά μονοπάτια για την ενοποίηση διεπαφών εντός λειτουργικά σχετιζόμενων ομάδων στοιχείων για ολόκληρη την κατηγορία συστημάτων για ένα δεδομένο σκοπό ή ολόκληρο το σύνολο των ανοιχτών συστημάτων.

Τα πρότυπα διεπαφής αυτών των στοιχείων (de facto ή επίσημα υιοθετημένα) καθορίζουν το πρόσωπο των μαζικών προϊόντων στην αγορά. Το πεδίο εφαρμογής αυτών των προτύπων είναι το αντικείμενο του συντονισμού των συμφερόντων διαφορετικών ομάδων συμμετεχόντων στη διαδικασία πληροφόρησης - χρήστες, σχεδιαστές συστημάτων, προμηθευτές λογισμικού και προμηθευτές εξοπλισμού.

Παραπάνω εξετάσαμε ένα παράδειγμα της αρχιτεκτονικής των ανοιχτών συστημάτων που εφαρμόζουν τεχνολογία επεξεργασίας δεδομένων. Ομοίως θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ανοιχτά συστήματα για όλες τις τάξεις τεχνολογίας πληροφοριών: επεξεργασία κειμένου, επεξεργασία εικόνας, επεξεργασία ομιλίας, γραφικά υπολογιστή. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να αναπτυχθούν προσεγγίσεις ανοιχτών συστημάτων για τεχνολογίες πολυμέσων που συνδυάζουν πολλές διαφορετικές αναπαραστάσεις πληροφοριών. Όπως είναι γνωστό, η εργασία αυτή διεξάγεται στο εξωτερικό από διάφορες ενώσεις και κοινοπραξίες ενδιαφερόμενων εταιρειών και ακαδημαϊκών οργανισμών και διεθνείς οργανισμούς τυποποίησης. Δυστυχώς, οι Ρώσοι ειδικοί σε αυτά τα έργα εξακολουθούν, στην καλύτερη περίπτωση, να παίζουν το ρόλο των παρατηρητών.

Για τον προσδιορισμό των εργασιών που ανατίθενται σε ένα σύνθετο αντικείμενο, καθώς και για την επισήμανση των κύριων χαρακτηριστικών και παραμέτρων που θα έπρεπε να έχει, δημιουργούνται γενικά μοντέλα τέτοιων αντικειμένων. Το γενικό μοντέλο ενός δικτύου υπολογιστών καθορίζει τα χαρακτηριστικά του δικτύου στο σύνολό του και τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες των κύριων στοιχείων του.

Αρχιτεκτονική δικτύου υπολογιστών- περιγραφή του γενικού μοντέλου του.____

Η ποικιλία των κατασκευαστών δικτύων υπολογιστών και προϊόντων λογισμικού δικτύου έχει εγείρει το πρόβλημα του συνδυασμού δικτύων διαφορετικών αρχιτεκτονικών. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, έχει αναπτυχθεί το MOS μοντέλο αρχιτεκτονικής ανοιχτών συστημάτων.

Ανοιχτό σύστημα- ένα σύστημα που αλληλεπιδρά με άλλα συστήματα σύμφωνα με αποδεκτά πρότυπα.

Το προτεινόμενο μοντέλο αρχιτεκτονικής ανοιχτών συστημάτων χρησιμεύει ως βάση για τους κατασκευαστές να αναπτύξουν συμβατό εξοπλισμό δικτύου. Αυτό το μοντέλο δεν είναι κάποιο είδος φυσικού σώματος, τα επιμέρους στοιχεία του οποίου μπορούν να αγγιχτούν. Το μοντέλο αντιπροσωπεύει τις πιο γενικές συστάσεις για την κατασκευή προτύπων για προϊόντα λογισμικού διαλειτουργικού δικτύου. Αυτές οι συστάσεις θα πρέπει να εφαρμόζονται τόσο στο υλικό όσο και στο λογισμικό των δικτύων υπολογιστών.

Επί του παρόντος, το μοντέλο Open Systems Interconnection (OSI) είναι το πιο δημοφιλές αρχιτεκτονικό μοντέλο δικτύου. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη γενικές λειτουργίες, όχι συγκεκριμένες λύσεις, επομένως δεν το ακολουθούν επακριβώς όλα τα πραγματικά δίκτυα. Το μοντέλο αλληλεπίδρασης ανοιχτών συστημάτων αποτελείται από επτά επίπεδα (Εικόνα 6.15).

7ο επίπεδο - εφαρμοσμένος- παρέχει υποστήριξη για διαδικασίες εφαρμογής τελικού χρήστη. Αυτό το επίπεδο καθορίζει το εύρος των εφαρμοζόμενων εργασιών που υλοποιούνται σε ένα δεδομένο δίκτυο υπολογιστών. Περιέχει επίσης όλα τα απαραίτητα στοιχεία υπηρεσίας για εφαρμογές χρηστών. Ορισμένες εργασίες του λειτουργικού συστήματος δικτύου μπορούν να μεταφερθούν στο επίπεδο εφαρμογής.

Επίπεδο 6 - αντιπροσωπευτικός- ορίζει τη σύνταξη δεδομένων στο μοντέλο, π.χ. παρουσίαση δεδομένων. Εγγυάται την παρουσίαση των δεδομένων σε κωδικούς και μορφές αποδεκτές σε ένα δεδομένο σύστημα. Σε ορισμένα συστήματα, αυτό το επίπεδο μπορεί να συνδυαστεί με το επίπεδο εφαρμογής.

Επίπεδο 5 - συνεδριακό- υλοποιεί τη δημιουργία και τη διατήρηση μιας συνεδρίας επικοινωνίας μεταξύ δύο συνδρομητών μέσω ενός δικτύου επικοινωνίας. Επιτρέπει την ανταλλαγή δεδομένων σε μια λειτουργία που ορίζεται από το πρόγραμμα εφαρμογής ή παρέχει τη δυνατότητα επιλογής της λειτουργίας ανταλλαγής. Το επίπεδο συνεδρίας διατηρεί και τερματίζει μια συνεδρία επικοινωνίας.

Τα τρία ανώτερα επίπεδα ενώνονται κάτω από ένα κοινό όνομα - διαδικασίαή διαδικασία αίτησης. Αυτά τα επίπεδα καθορίζουν τα λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός δικτύου υπολογιστών ως συστήματος εφαρμογών.

4ο επίπεδο- μεταφορά - παρέχει μια διεπαφή μεταξύ των διαδικασιών και του δικτύου. Καθιερώνει λογικά κανάλια μεταξύ των διεργασιών και διασφαλίζει τη μετάδοση των πακέτων πληροφοριών που ανταλλάσσονται μεταξύ των διεργασιών μέσω αυτών των καναλιών. Τα λογικά κανάλια που δημιουργούνται από το επίπεδο μεταφοράς καλούνται κανάλια μεταφοράς.

Πλαστική σακούλα- μια ομάδα byte που μεταδίδονται από συνδρομητές δικτύου μεταξύ τους.

3ο επίπεδο - δίκτυο- ορίζει τη διεπαφή τερματικός εξοπλισμός δεδομένωνχρήστη με δίκτυο μεταγωγής πακέτων. Είναι επίσης υπεύθυνο για τη δρομολόγηση πακέτων στο δίκτυο επικοινωνίας και για την επικοινωνία μεταξύ των δικτύων - υλοποιεί τη διαδικτυακή εργασία.

Ρύζι. 6.16. Επεξεργασία μηνυμάτων κατά επίπεδα του μοντέλου OSI

Σημείωμα. Στη μηχανική επικοινωνιών, χρησιμοποιείται ο όρος τερματικός εξοπλισμός δεδομένων. Καθορίζει οποιονδήποτε εξοπλισμό συνδέεται με ένα κανάλι επικοινωνίας σε ένα σύστημα επεξεργασίας δεδομένων (υπολογιστής, τερματικό, ειδικός εξοπλισμός).

2ο επίπεδο - κανάλι- επίπεδο σύνδεσης δεδομένων - υλοποιεί τη διαδικασία μετάδοσης πληροφοριών μέσω του καναλιού πληροφοριών. Ένα κανάλι πληροφοριών είναι ένα λογικό κανάλι που δημιουργείται μεταξύ δύο υπολογιστών που συνδέονται με ένα φυσικό κανάλι. Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων παρέχει έλεγχο της ροής δεδομένων με τη μορφή πλαισίων στα οποία συσκευάζονται πακέτα πληροφοριών, εντοπίζει σφάλματα μετάδοσης και εφαρμόζει έναν αλγόριθμο ανάκτησης πληροφοριών σε περίπτωση αστοχιών ή απώλειας δεδομένων.

Επίπεδο 1 - φυσική- εκτελεί όλες τις απαραίτητες διαδικασίες στο κανάλι επικοινωνίας. Το κύριο καθήκον του είναι να ελέγχει τον εξοπλισμό μετάδοσης δεδομένων και το κανάλι επικοινωνίας που συνδέεται με αυτόν.

Όταν οι πληροφορίες μεταφέρονται από μια διαδικασία εφαρμογής στο δίκτυο, επεξεργάζονται από τα επίπεδα του μοντέλου αλληλεπίδρασης ανοιχτών συστημάτων (Εικ. 6.16). Το νόημα αυτής της επεξεργασίας είναι ότι κάθε επίπεδο προσθέτει το δικό του στις πληροφορίες της διαδικασίας τίτλος- πληροφορίες υπηρεσίας που είναι απαραίτητες για τη διευθυνσιοδότηση μηνυμάτων και για ορισμένες λειτουργίες ελέγχου. Εκτός από την κεφαλίδα, το επίπεδο σύνδεσης προσθέτει επίσης ένα τρέιλερ - μια ακολουθία ελέγχου που χρησιμοποιείται για την επαλήθευση της σωστής λήψης ενός μηνύματος από το δίκτυο επικοινωνίας.

Το φυσικό επίπεδο δεν προσθέτει κεφαλίδα. Το μήνυμα, πλαισιωμένο από κεφαλίδες και τρέιλερ, πηγαίνει στο δίκτυο επικοινωνίας και φτάνει στους υπολογιστές συνδρομητών του δικτύου υπολογιστών. Κάθε υπολογιστής συνδρομητή που λαμβάνει ένα μήνυμα αποκρυπτογραφεί τις διευθύνσεις και καθορίζει εάν το μήνυμα προορίζεται για αυτόν.

Ταυτόχρονα, στον υπολογιστή του συνδρομητή εμφανίζεται η αντίστροφη διαδικασία - ανάγνωση και αποκοπή κεφαλίδων με βάση τα επίπεδα του μοντέλου αλληλεπίδρασης ανοιχτών συστημάτων. Κάθε επίπεδο ανταποκρίνεται μόνο στη δική του κεφαλίδα. Οι κεφαλίδες των ανώτερων επιπέδων δεν γίνονται αντιληπτές ούτε αλλάζουν από τα κατώτερα επίπεδα - είναι «διαφανείς» στα κατώτερα επίπεδα. Έτσι, περνώντας μέσα από τα επίπεδα του μοντέλου OSI, οι πληροφορίες φτάνουν τελικά στη διαδικασία στην οποία απευθύνονταν.

Προσοχή!Κάθε επίπεδο του μοντέλου αλληλεπίδρασης ανοιχτών συστημάτων ανταποκρίνεται μόνο στη δική του κεφαλίδα.

Σημείωμα. Στο Σχ. Το σχήμα 6.16 δείχνει τη ροή των δεδομένων μέσα από τα επίπεδα του μοντέλου. Κάθε επίπεδο προσθέτει τη δική του επικεφαλίδα - 3.

Ποιο είναι το κύριο πλεονέκτημα του μοντέλου BOS επτά επιπέδων; Στη διαδικασία ανάπτυξης και βελτίωσης οποιουδήποτε συστήματος, προκύπτει η ανάγκη αλλαγής των επιμέρους στοιχείων του. Μερικές φορές αυτό καθιστά απαραίτητη την αλλαγή άλλων στοιχείων, γεγονός που περιπλέκει σημαντικά και περιπλέκει τη διαδικασία αναβάθμισης του συστήματος.

Εδώ εμφανίζονται τα πλεονεκτήματα του μοντέλου επτά επιπέδων. Εάν οι διεπαφές ορίζονται μοναδικά μεταξύ των επιπέδων, τότε η αλλαγή ενός από τα επίπεδα δεν συνεπάγεται την ανάγκη να γίνουν αλλαγές σε άλλα επίπεδα. Έτσι, υπάρχει μια σχετική ανεξαρτησία των επιπέδων μεταξύ τους.

Είναι απαραίτητο να κάνουμε μια ακόμη παρατήρηση σχετικά με την εφαρμογή των επιπέδων του μοντέλου BOS σε πραγματικά δίκτυα υπολογιστών. Οι λειτουργίες που περιγράφονται από τα επίπεδα του μοντέλου πρέπει να υλοποιούνται είτε σε υλικό είτε με τη μορφή προγραμμάτων.

Οι λειτουργίες του φυσικού επιπέδου υλοποιούνται πάντα στο υλικό. Πρόκειται για προσαρμογείς, πολυπλέκτης μετάδοσης δεδομένων, κάρτες δικτύου κ.λπ.

Οι λειτουργίες των υπόλοιπων επιπέδων υλοποιούνται με τη μορφή ενοτήτων λογισμικού - προγραμμάτων οδήγησης.

Η έννοια του «συστήματος» είναι διπλή. Από τη μία πλευρά, σύμφωνα με τον γενικό ορισμό, ένα σύστημα είναι ένα σύνολο αλληλεπιδρώντων στοιχείων (εξαρτημάτων), υλικού και/ή λογισμικού. Από την άλλη πλευρά, ένα σύστημα μπορεί να λειτουργήσει ως συστατικό ενός άλλου, πιο σύνθετου συστήματος, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να είναι συστατικό ενός συστήματος στο επόμενο επίπεδο.

Από αυτή την άποψη, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί η ιδέα της αρχιτεκτονικής συστημάτων και εργαλείων, ως εξωτερικής περιγραφής τους (μοντέλο αναφοράς) από τη σκοπιά αυτών που τα χρησιμοποιούν. Η αρχιτεκτονική ενός ανοιχτού συστήματος αποδεικνύεται λοιπόν ότι είναι μια ιεραρχική περιγραφή της εξωτερικής του εμφάνισης και κάθε στοιχείου ως προς:

χρήστη (διεπαφή χρήστη),

σχεδιαστής συστήματος (περιβάλλον σχεδίασης),

προγραμματιστής εφαρμογών (συστήματα και εργαλεία/περιβάλλοντα προγραμματισμού),

προγραμματιστής συστήματος (αρχιτεκτονική υπολογιστών),

προγραμματιστής υλικού (διεπαφές υλικού).

Η προτεινόμενη άποψη της αρχιτεκτονικής των ανοιχτών συστημάτων απορρέει από την προαναφερθείσα ανάγκη για μια ολοκληρωμένη εφαρμογή των γενικών ιδιοτήτων του ανοίγματος και αποτελεί επέκταση της αποδεκτής έννοιας της αρχιτεκτονικής υπολογιστών σύμφωνα με τον G. Myers.

Ως παράδειγμα, εξετάστε την αρχιτεκτονική αναπαράσταση ενός συστήματος επεξεργασίας δεδομένων που αποτελείται από στοιχεία τεσσάρων περιοχών: διεπαφή χρήστη (σύμφωνα με τις απόψεις όλων των παραπάνω ομάδων), εργαλεία επεξεργασίας δεδομένων, εργαλεία παρουσίασης και αποθήκευσης δεδομένων και εργαλεία επικοινωνίας. Αυτή η αναπαράσταση απαιτεί τη χρήση τριών επιπέδων περιγραφών: το περιβάλλον που αντιπροσωπεύεται από το σύστημα, το λειτουργικό περιβάλλον (σύστημα) στο οποίο βασίζονται τα στοιχεία της εφαρμογής και το υλικό. Κάθε ένα από αυτά τα επίπεδα χωρίζεται για λόγους ευκολίας σε δύο υποεπίπεδα (βλ. Πίνακα 1).

Πίνακας 1

Ιεραρχία αναπαράστασης αρχιτεκτονικής συστήματος επεξεργασίας δεδομένων

Το επίπεδο περιβάλλοντος τελικού χρήστη χαρακτηρίζεται από περιγραφές εισόδου και εξόδου (δημιουργητές φόρμας και αναφορών), γλώσσες σχεδίασης μοντέλων πληροφοριών τομέα (γλώσσες 4GL), λειτουργίες προγραμμάτων χρησιμότητας και βιβλιοθήκης και το επίπεδο εφαρμογής του περιβάλλοντος επικοινωνίας όταν απομακρυσμένες υπηρεσίες ανταλλαγής πληροφοριών απαιτούνται. Στο ίδιο επίπεδο, ορίζεται το περιβάλλον προγραμματισμού της εφαρμογής (εργαλειοθήκη): γλώσσες προγραμματισμού και συστήματα, γλώσσες εντολών (κελύφη λειτουργικού συστήματος), γλώσσες ερωτημάτων DBMS, επίπεδα συνεδρίας και αντιπροσωπευτικά περιβάλλοντα επικοινωνίας.

Σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος, παρουσιάζονται στοιχεία του λειτουργικού περιβάλλοντος που υλοποιούν τις λειτουργίες οργάνωσης της διαδικασίας επεξεργασίας, πρόσβασης στο περιβάλλον αποθήκευσης δεδομένων, τη διεπαφή παραθύρου, καθώς και το επίπεδο μεταφοράς του περιβάλλοντος επικοινωνίας. Το κατώτερο υποεπίπεδο του λειτουργικού συστήματος είναι ο πυρήνας, το σύστημα αρχείων, τα προγράμματα οδήγησης ελέγχου υλικού και το επίπεδο δικτύου του περιβάλλοντος επικοινωνίας.

Σε επίπεδο υλικού, είναι εύκολο να δούμε τα στοιχεία της αρχιτεκτονικής υλικού που είναι γνωστά στους προγραμματιστές υπολογιστών:

σύστημα εντολών επεξεργαστή (επεξεργαστές),

οργάνωση μνήμης,

οργάνωση εισροών-εκροών κ.λπ.,

καθώς και μια φυσική υλοποίηση με τη μορφή:

λεωφορεία συστήματος,

λεωφορεία μαζικής μνήμης,

διεπαφές περιφερειακών συσκευών,

επίπεδο μεταφοράς δεδομένων,

φυσικό στρώμα του περιβάλλοντος αποθήκευσης.

Η παρουσιαζόμενη άποψη της αρχιτεκτονικής ενός ανοιχτού συστήματος επεξεργασίας δεδομένων αναφέρεται σε εφαρμογές μιας μηχανής που περιλαμβάνονται σε ένα δίκτυο δεδομένων για ανταλλαγή πληροφοριών. Είναι σαφές ότι μπορεί εύκολα να γενικευτεί σε συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών με διαχωρισμό λειτουργιών, καθώς και σε κατανεμημένα συστήματα επεξεργασίας δεδομένων. Δεδομένου ότι τα στοιχεία που συνθέτουν το σύστημα επισημαίνονται σαφώς εδώ, μπορούμε να εξετάσουμε τόσο τις διεπαφές αλληλεπίδρασης αυτών των στοιχείων σε καθένα από τα καθορισμένα επίπεδα όσο και τις διεπαφές αλληλεπίδρασης μεταξύ των επιπέδων.

Περιγραφές και υλοποιήσεις αυτών των διεπαφών μπορούν να ληφθούν υπόψη μόνο σε ένα δεδομένο σύστημα. Τότε οι ιδιότητες του ανοίγματός του εμφανίζονται μόνο στο εξωτερικό επίπεδο. Ωστόσο, η σημασία της ιδεολογίας των ανοιχτών συστημάτων είναι ότι ανοίγει μεθοδολογικά μονοπάτια για την ενοποίηση διεπαφών εντός λειτουργικά σχετιζόμενων ομάδων στοιχείων για ολόκληρη την κατηγορία συστημάτων για ένα δεδομένο σκοπό ή ολόκληρο το σύνολο των ανοιχτών συστημάτων.

Τα πρότυπα διεπαφής αυτών των στοιχείων (de facto ή επίσημα υιοθετημένα) καθορίζουν το πρόσωπο των μαζικών προϊόντων στην αγορά. Το πεδίο εφαρμογής αυτών των προτύπων είναι το αντικείμενο του συντονισμού των συμφερόντων διαφορετικών ομάδων συμμετεχόντων στη διαδικασία πληροφόρησης - χρήστες, σχεδιαστές συστημάτων, προμηθευτές λογισμικού και προμηθευτές εξοπλισμού.

Παραπάνω εξετάσαμε ένα παράδειγμα της αρχιτεκτονικής των ανοιχτών συστημάτων που εφαρμόζουν τεχνολογία επεξεργασίας δεδομένων. Ομοίως θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ανοιχτά συστήματα για όλες τις τάξεις τεχνολογίας πληροφοριών: επεξεργασία κειμένου, επεξεργασία εικόνας, επεξεργασία ομιλίας, γραφικά υπολογιστή. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να αναπτυχθούν προσεγγίσεις ανοιχτών συστημάτων για τεχνολογίες πολυμέσων που συνδυάζουν πολλές διαφορετικές αναπαραστάσεις πληροφοριών. Όπως είναι γνωστό, η εργασία αυτή διεξάγεται στο εξωτερικό από διάφορες ενώσεις και κοινοπραξίες ενδιαφερόμενων εταιρειών και ακαδημαϊκών οργανισμών και διεθνείς οργανισμούς τυποποίησης. Δυστυχώς, οι Ρώσοι ειδικοί σε αυτά τα έργα εξακολουθούν, στην καλύτερη περίπτωση, να παίζουν το ρόλο των παρατηρητών.

Μοντέλα αναφοράς OSI

Το γενικό μοντέλο ενός δικτύου υπολογιστών καθορίζει τα χαρακτηριστικά του δικτύου στο σύνολό του και τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες των κύριων στοιχείων του.

Αρχιτεκτονική δικτύου υπολογιστώνείναι μια περιγραφή του γενικού του μοντέλου. Η ποικιλία των κατασκευαστών δικτύων υπολογιστών και προϊόντων λογισμικού δικτύου έχει εγείρει το πρόβλημα του συνδυασμού δικτύων διαφορετικών αρχιτεκτονικών.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) έχει αναγνωρίσει την ανάγκη δημιουργίας ενός μοντέλου δικτύου που μπορεί να βοηθήσει τους προμηθευτές να δημιουργήσουν διαλειτουργικές υλοποιήσεις δικτύου. Το μοντέλο αναφοράς OSI, που κυκλοφόρησε το 1984, κάλυπτε αυτήν την ανάγκη και γρήγορα έγινε το κύριο αρχιτεκτονικό μοντέλο για τη μεταφορά μηνυμάτων μεταξύ υπολογιστών. Συχνά ονομάζεται μοντέλο αρχιτεκτονικής ανοιχτών συστημάτων.

Ένα ανοιχτό σύστημα είναι ένα σύστημα που αλληλεπιδρά με άλλα συστήματα σύμφωνα με τα αποδεκτά πρότυπα. Το Μοντέλο Διασύνδεσης Ανοικτών Συστημάτων χρησιμεύει ως πλαίσιο για τους κατασκευαστές να αναπτύξουν διαλειτουργικό εξοπλισμό δικτύωσης.

Η μεταφορά πληροφοριών μεταξύ υπολογιστών διαφορετικών κυκλωμάτων είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο.

Αυτό το μοντέλο καθιερώνει μεθόδους για τη μετάδοση δεδομένων μέσω ενός δικτύου και ορίζει τυπικά πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται από το δίκτυο και το λογισμικό. Το μοντέλο αντιπροσωπεύει τις πιο γενικές συστάσεις για την κατασκευή συμβατών προϊόντων λογισμικού. Αυτές οι συστάσεις θα πρέπει να εφαρμόζονται τόσο στο υλικό όσο και στο λογισμικό των δικτύων υπολογιστών.

Μοντέλο Διαλειτουργικότητας Ανοικτών Συστημάτωνορίζει διαδικασίες για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ συστημάτων που είναι ανοιχτά μεταξύ τους χάρη στην κοινή χρήση των σχετικών προτύπων, αν και τα ίδια τα συστήματα μπορούν να δημιουργηθούν με διαφορετικά τεχνικά μέσα. Επί του παρόντος, το μοντέλο διασύνδεσης ανοιχτών συστημάτων είναι το πιο δημοφιλές αρχιτεκτονικό μοντέλο δικτύου. Λαμβάνει υπόψη γενικές λειτουργίες παρά συγκεκριμένες λύσεις, επομένως δεν το ακολουθούν ακριβώς όλα τα πραγματικά δίκτυα. Το μοντέλο αλληλεπίδρασης ανοιχτών συστημάτων αποτελείται από επτά επίπεδα. Σε κάθε επίπεδο, εκτελούνται ορισμένες λειτουργίες δικτύου. Τα χαμηλότερα επίπεδα (1 και 2) ορίζουν το φυσικό μέσο και τις σχετικές εργασίες (όπως η μεταφορά bits δεδομένων μέσω της κάρτας και του καλωδίου του προσαρμογέα δικτύου). Τα ανώτερα επίπεδα καθορίζουν τον τρόπο πρόσβασης των εφαρμογών σε υπηρεσίες επικοινωνίας. Όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο, τόσο πιο περίπλοκο είναι το πρόβλημα που λύνει. Πριν σταλούν στο δίκτυο, τα δεδομένα χωρίζονται σε πακέτα.

Πλαστική σακούλαείναι μια μονάδα πληροφοριών που μεταδίδεται μεταξύ συσκευών δικτύου ως ενιαία μονάδα. Στην πλευρά εκπομπής, το πακέτο περνά διαδοχικά σε όλα τα επίπεδα του συστήματος από πάνω προς τα κάτω. Στη συνέχεια, μεταδίδεται μέσω καλωδίου δικτύου στον υπολογιστή παραλήπτη και περνάει ξανά από όλα τα επίπεδα με αντίστροφη σειρά.

12. Επίπεδα του μοντέλου osi. Ιεραρχική επικοινωνία.

Το μοντέλο αναφοράς OSI διαιρεί το πρόβλημα της μετακίνησης πληροφοριών μεταξύ υπολογιστών σε ένα περιβάλλον δικτύου σε επτά μικρότερα, και επομένως πιο εύκολα επιλύσιμα, προβλήματα. Καθένα από αυτά τα επτά προβλήματα επιλέγεται επειδή είναι σχετικά αυτοτελές και επομένως πιο εύκολο να λυθεί χωρίς αδικαιολόγητη εξάρτηση από εξωτερικές πληροφορίες. Κάθε μία από τις επτά προβληματικές περιοχές επιλύθηκε χρησιμοποιώντας ένα από τα επίπεδα του μοντέλου. Οι περισσότερες συσκευές δικτύου υλοποιούν και τα επτά επίπεδα. Ωστόσο, στη λειτουργία ροής πληροφοριών, ορισμένες υλοποιήσεις δικτύου παρακάμπτουν ένα ή περισσότερα επίπεδα.

Τα δύο χαμηλότερα επίπεδα OSI υλοποιούνται σε υλικό και λογισμικό. Τα υπόλοιπα πέντε υψηλότερα επίπεδα συνήθως υλοποιούνται από λογισμικό. Το μοντέλο αναφοράς OSI περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο οι πληροφορίες ταξιδεύουν μέσω ενός μέσου δικτύου (για παράδειγμα, καλώδια) από ένα πρόγραμμα εφαρμογής (για παράδειγμα, ένα πρόγραμμα υπολογιστικών φύλλων) σε ένα άλλο πρόγραμμα εφαρμογής που βρίσκεται σε άλλον υπολογιστή. Επειδή Οι πληροφορίες που θα αποσταλούν μετακινούνται προς τα κάτω μέσα από τα επίπεδα του συστήματος, μοιάζοντας λιγότερο με την ανθρώπινη γλώσσα και περισσότερο με το είδος των πληροφοριών που καταλαβαίνουν οι υπολογιστές, δηλαδή «ένα» και «μηδενικά».

Τα επίπεδα του μοντέλου OSI (από κάτω προς τα πάνω) και οι γενικές λειτουργίες τους μπορούν να θεωρηθούν ως εξής:

Ας εξετάσουμε πώς στο μοντέλο SI ανταλλάσσονται δεδομένα μεταξύ χρηστών που βρίσκονται σε διαφορετικές ηπείρους.

1.Ενεργό επίπεδο εφαρμογήςΧρησιμοποιώντας ειδικές εφαρμογές, ο χρήστης δημιουργεί ένα έγγραφο (μήνυμα, σχέδιο κ.λπ.).

Επίπεδο εφαρμογής- Αυτό είναι το επίπεδο OSI που βρίσκεται πιο κοντά στο χρήστη. Διαφέρει από τα άλλα επίπεδα στο ότι δεν παρέχει υπηρεσίες σε κανένα από τα άλλα επίπεδα OSI. Ωστόσο, τους παρέχει διαδικασίες εφαρμογής που βρίσκονται εκτός του πεδίου εφαρμογής του μοντέλου OSI. Παραδείγματα τέτοιων διαδικασιών εφαρμογής περιλαμβάνουν προγράμματα υπολογιστικών φύλλων, προγράμματα επεξεργασίας κειμένου, προγράμματα τερματικών τραπεζών κ.λπ. Το επίπεδο εφαρμογής προσδιορίζει και καθορίζει την παρουσία των επιδιωκόμενων συνεργατών επικοινωνίας, συγχρονίζει τα συνεργαζόμενα προγράμματα εφαρμογών και καθιερώνει συμφωνία για τις διαδικασίες επίλυσης σφαλμάτων και διαχείρισης ακεραιότητας πληροφοριών. Το επίπεδο εφαρμογής καθορίζει επίσης εάν είναι διαθέσιμοι επαρκείς πόροι για την επιδιωκόμενη επικοινωνία.

2.Ενεργό επίπεδο παρουσίασηςΤο λειτουργικό σύστημα του υπολογιστή του καταγράφει πού βρίσκονται τα δεδομένα που δημιουργούνται (σε ​​RAM, σε αρχείο στον σκληρό δίσκο κ.λπ.) και παρέχει αλληλεπίδραση με το επόμενο επίπεδο.

Αντιπροσωπευτικό επίπεδοείναι υπεύθυνος για τη διασφάλιση ότι οι πληροφορίες που αποστέλλονται από το επίπεδο εφαρμογής ενός συστήματος είναι αναγνώσιμες από το επίπεδο εφαρμογής ενός άλλου συστήματος. Εάν είναι απαραίτητο, το αντιπροσωπευτικό επίπεδο μεταφράζεται μεταξύ πολλαπλών μορφών αναπαράστασης πληροφοριών χρησιμοποιώντας μια κοινή μορφή αναπαράστασης πληροφοριών. Το επίπεδο αναπαράστασης δεν ασχολείται μόνο με τη μορφή και την παρουσίαση των πραγματικών δεδομένων χρήστη, αλλά και με τις δομές δεδομένων που χρησιμοποιούν τα προγράμματα. Επομένως, εκτός από τον μετασχηματισμό της πραγματικής μορφής δεδομένων (εάν είναι απαραίτητο), το αντιπροσωπευτικό επίπεδο διαπραγματεύεται τη σύνταξη μεταφοράς δεδομένων για το επίπεδο εφαρμογής.

3.Ενεργό επίπεδο συνεδρίαςΟ υπολογιστής του χρήστη αλληλεπιδρά με ένα τοπικό ή παγκόσμιο δίκτυο. Τα πρωτόκολλα σε αυτό το επίπεδο ελέγχουν τα δικαιώματα του χρήστη να «πάνε στον αέρα» και να μεταδώσουν το έγγραφο στα πρωτόκολλα του επιπέδου μεταφοράς.

Όπως υποδηλώνει το όνομά του, το επίπεδο συνεδρίας δημιουργεί, διαχειρίζεται και τερματίζει συνεδρίες μεταξύ των εργασιών εφαρμογής. Οι περίοδοι σύνδεσης αποτελούνται από μια συνομιλία μεταξύ δύο ή περισσότερων αντικειμένων παρουσίασης (θυμηθείτε ότι το επίπεδο περιόδου λειτουργίας παρέχει τις υπηρεσίες του στο επίπεδο παρουσίασης). Το επίπεδο συνόδου συγχρονίζει το διάλογο μεταξύ των αντικειμένων του αντιπροσωπευτικού επιπέδου και διαχειρίζεται την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ τους. Εκτός από τη βασική ρύθμιση των συνομιλιών (συνεδρίες), το επίπεδο συνεδρίας παρέχει τα μέσα για την αποστολή πληροφοριών, κατηγορίας υπηρεσιών και ειδοποιήσεων εξαίρεσης σχετικά με προβλήματα στα επίπεδα συνεδρίας, παρουσίασης και εφαρμογής. Συνεδρίαση Το επίπεδο είναι ένα επίπεδο από άκρο σε άκρο που παρέχει συνδεσιμότητα και επιλογή διαδρομής μεταξύ δύο τελικών συστημάτων που συνδέονται με διαφορετικά «υποδίκτυα», τα οποία μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικές γεωγραφικές τοποθεσίες. Σε αυτή την περίπτωση, ένα "υποδίκτυο" είναι ουσιαστικά ένα ανεξάρτητο καλώδιο δικτύου (μερικές φορές ονομάζεται τμήμα). Επειδή Δύο ακραία συστήματα που επιθυμούν να επικοινωνήσουν μπορεί να διαχωρίζονται από σημαντική γεωγραφική απόσταση και πολλαπλά υποδίκτυα το επίπεδο δικτύου είναι ο τομέας δρομολόγησης. Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης επιλέγουν τις βέλτιστες διαδρομές μέσω μιας ακολουθίας διασυνδεδεμένων υποδικτύων. Τα παραδοσιακά πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου μεταδίδουν πληροφορίες κατά μήκος αυτών των διαδρομών.

4. .Ενεργό επίπεδο μεταφοράςτο έγγραφο μετατρέπεται στη μορφή με την οποία τα δεδομένα υποτίθεται ότι μεταδίδονται στο δίκτυο που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα, μπορεί να κοπεί σε μικρές σακούλες κανονικού μεγέθους.

Στρώμα μεταφοράςΤο όριο μεταξύ των επιπέδων συνόδου και μεταφοράς μπορεί να αναπαρασταθεί ως το όριο μεταξύ πρωτοκόλλων επιπέδου εφαρμογής και πρωτοκόλλων κατώτερου επιπέδου. Ενώ τα επίπεδα εφαρμογής, παρουσίασης και συνεδρίας ασχολούνται με ζητήματα εφαρμογής, τα τέσσερα κατώτερα επίπεδα ασχολούνται με ζητήματα μεταφοράς δεδομένων. Το επίπεδο μεταφοράς προσπαθεί να παρέχει υπηρεσίες μεταφοράς δεδομένων που απαλλάσσουν τα υψηλότερα επίπεδα από την ανάγκη να εμβαθύνουν στις λεπτομέρειες του. Ειδικότερα, το επίπεδο μεταφοράς ασχολείται με ζητήματα όπως η αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων μέσω του διαδικτύου. Κατά την παροχή αξιόπιστων υπηρεσιών, το επίπεδο μεταφοράς παρέχει μηχανισμούς για τη δημιουργία, τη συντήρηση και τον τακτικό τερματισμό εικονικών κυκλωμάτων, συστήματα ανίχνευσης και ανάκτησης σφαλμάτων μεταφοράς και έλεγχο ροής πληροφοριών (για να αποτρέψει ένα σύστημα από το να πλημμυρίσει δεδομένα από άλλο σύστημα).

5. Επίπεδο δικτύουκαθορίζει τη διαδρομή κίνησης των δεδομένων στο δίκτυο. Έτσι, για παράδειγμα, εάν σε επίπεδο μεταφοράς τα δεδομένα «κόπηκαν» σε πακέτα, τότε σε επίπεδο δικτύου κάθε πακέτο πρέπει να λάβει μια διεύθυνση στην οποία θα πρέπει να παραδοθεί ανεξάρτητα από άλλα πακέτα.

Επίπεδο δικτύουείναι ένα επίπεδο από άκρο σε άκρο που παρέχει συνδεσιμότητα και επιλογή διαδρομής μεταξύ δύο τελικών συστημάτων που συνδέονται με διαφορετικά «υποδίκτυα», τα οποία μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικές γεωγραφικές τοποθεσίες. Σε αυτή την περίπτωση, ένα "υποδίκτυο" είναι ουσιαστικά ένα ανεξάρτητο καλώδιο δικτύου (μερικές φορές ονομάζεται τμήμα). Επειδή Δύο ακραία συστήματα που επιθυμούν να επικοινωνήσουν μπορεί να διαχωρίζονται από σημαντική γεωγραφική απόσταση και πολλαπλά υποδίκτυα το επίπεδο δικτύου είναι ο τομέας δρομολόγησης. Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης επιλέγουν τις βέλτιστες διαδρομές μέσω μιας ακολουθίας διασυνδεδεμένων υποδικτύων. Τα παραδοσιακά πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου μεταδίδουν πληροφορίες κατά μήκος αυτών των διαδρομών.

6. Επίπεδο σύνδεσης δεδομένων. Επίπεδο σύνδεσηςείναι απαραίτητο για τη διαμόρφωση των σημάτων που κυκλοφορούν στο φυσικό επίπεδο σύμφωνα με τα δεδομένα που λαμβάνονται από το επίπεδο δικτύου. Για παράδειγμα, σε έναν υπολογιστή αυτές οι λειτουργίες εκτελούνται από κάρτα δικτύου ή μόντεμ.

Επίπεδο σύνδεσης δεδομένων(επισήμως ονομάζεται επίπεδο σύνδεσης δεδομένων) εξασφαλίζει αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων μέσω ενός φυσικού καναλιού. Κατά την εκτέλεση αυτής της εργασίας, το επίπεδο ζεύξης δεδομένων ασχολείται με ζητήματα φυσικής διευθυνσιοδότησης (σε αντίθεση με τη διευθυνσιοδότηση δικτύου ή λογική), τοπολογία δικτύου, πειθαρχία γραμμής (πώς το τελικό σύστημα πρέπει να χρησιμοποιεί τη σύνδεση δικτύου), ειδοποίηση σφαλμάτων, ταξινόμηση μπλοκ δεδομένων, και έλεγχος ροής πληροφοριών.

7. Φυσικό επίπεδο.Η πραγματική μεταφορά δεδομένων πραγματοποιείται στο φυσικό επίπεδο . Δεν υπάρχουν έγγραφα, δεν υπάρχουν πακέτα, ούτε bytes - μόνο bit, δηλαδή οι στοιχειώδεις μονάδες αναπαράστασης δεδομένων. Η επαναφορά ενός εγγράφου από αυτά θα γίνει σταδιακά, κατά τη μετάβαση από το χαμηλότερο στο ανώτερο επίπεδο στον υπολογιστή του πελάτη.

Οι εγκαταστάσεις του φυσικού επιπέδου βρίσκονται έξω από τον υπολογιστή. Στα τοπικά δίκτυα, αυτός είναι ο εξοπλισμός του ίδιου του δικτύου. Για απομακρυσμένη επικοινωνία με χρήση τηλεφωνικών μόντεμ, πρόκειται για τηλεφωνικές γραμμές, εξοπλισμό μεταγωγής τηλεφωνικών κέντρων κ.λπ.

Φυσικό στρώμαορίζει τα ηλεκτρικά, μηχανικά, διαδικαστικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά της ενεργοποίησης, συντήρησης και απενεργοποίησης ενός φυσικού καναλιού μεταξύ των τελικών συστημάτων. Οι προδιαγραφές φυσικής στρώσης ορίζουν χαρακτηριστικά όπως επίπεδα τάσης, χρονισμός τάσης, ρυθμοί μεταφοράς φυσικών πληροφοριών, μέγιστες αποστάσεις μεταφοράς πληροφοριών, φυσικοί σύνδεσμοι και άλλα παρόμοια χαρακτηριστικά.

Στον υπολογιστή του παραλήπτη πληροφοριών, λαμβάνει χώρα η αντίστροφη διαδικασία μετατροπής δεδομένων από σήματα bit σε έγγραφο.

Τα διαφορετικά επίπεδα πρωτοκόλλου του διακομιστή και του πελάτη δεν επικοινωνούν μεταξύ τους απευθείας, αλλά επικοινωνούν μέσω του φυσικού επιπέδου. Προχωρώντας σταδιακά από το ανώτερο επίπεδο στο κατώτερο, τα δεδομένα μετασχηματίζονται συνεχώς, «διογκώνονται» με πρόσθετα δεδομένα, τα οποία αναλύονται από τα πρωτόκολλα των αντίστοιχων επιπέδων στην διπλανή πλευρά. Αυτό δημιουργεί ένα αποτέλεσμα πραγματικόςαλληλεπιδράσεις μεταξύ των επιπέδων.

Για να το δείξετε αυτό, εξετάστε ένα απλό παράδειγμα αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο ανταποκριτών χρησιμοποιώντας κανονική αλληλογραφία. Εάν στέλνουν και λαμβάνουν τακτικά email μεταξύ τους, τότε μπορεί να πιστεύουν ότι υπάρχει σύνδεση μεταξύ τους σε επίπεδο χρήστη (εφαρμογής). Ωστόσο, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Μια τέτοια σύνδεση μπορεί να ονομαστεί εικονική . Θα ήταν φυσικό αν κάθε ανταποκριτής έπαιρνε προσωπικά την επιστολή στον άλλο και την έδινε στα χέρια του. Στην πραγματική ζωή, το ρίχνει στο γραμματοκιβώτιο και περιμένει απάντηση.

Οι τοπικές ταχυδρομικές υπηρεσίες συλλέγουν επιστολές από δημόσια γραμματοκιβώτια και παραδίδουν αλληλογραφία σε προσωπικά γραμματοκιβώτια. Αυτό είναι ένα άλλο επίπεδο του μοντέλου επικοινωνίας, που βρίσκεται παρακάτω. Για να φτάσει η επιστολή μας σε έναν παραλήπτη σε άλλη πόλη, πρέπει να υπάρχει σύνδεση μεταξύ της τοπικής μας ταχυδρομικής υπηρεσίας και της τοπικής ταχυδρομικής υπηρεσίας του. Ωστόσο, αυτές οι υπηρεσίες δεν έχουν καμία φυσική σύνδεση - ταξινομούν μόνο την εισερχόμενη αλληλογραφία και τη μεταφέρουν στο επίπεδο της ομοσπονδιακής ταχυδρομικής υπηρεσίας.

Η Ομοσπονδιακή Ταχυδρομική Υπηρεσία στο έργο της βασίζεται σε υπηρεσίες επόμενου επιπέδου, για παράδειγμα, στην ταχυδρομική υπηρεσία και την υπηρεσία αποσκευών του τμήματος σιδηροδρόμων. Και μόνο με την εξέταση του έργου αυτής της υπηρεσίας θα βρούμε τελικά σημάδια φυσικής σύνδεσης, για παράδειγμα, μια σιδηροδρομική γραμμή που συνδέει δύο πόλεις.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι στο παράδειγμά μας, δημιουργήθηκαν πολλές εικονικές συνδέσεις μεταξύ παρόμοιων υπηρεσιών που βρίσκονται στα σημεία αποστολής και λήψης. Χωρίς να έρχονται σε άμεση επαφή, αυτές οι υπηρεσίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Σε κάποιο επίπεδο, τα γράμματα τοποθετούνται σε σακούλες, οι σακούλες σφραγίζονται, επισυνάπτονται συνοδευτικά έγγραφα, τα οποία μελετώνται και ελέγχονται κάπου σε άλλη πόλη παρόμοιου επιπέδου.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια αναλογία μεταξύ των επιπέδων του μοντέλου OSI και των λειτουργιών των υπηρεσιών προώθησης αλληλογραφίας.

Για να μπορούν διαφορετικοί υπολογιστές σε ένα δίκτυο να επικοινωνούν μεταξύ τους, πρέπει να «μιλούν» την ίδια γλώσσα, δηλαδή να χρησιμοποιούν το ίδιο πρωτόκολλο. Ένα πρωτόκολλο είναι μια «γλώσσα» που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία μέσω ενός δικτύου. Υπάρχουν πολλά πρωτόκολλα, το καθένα εκτελεί διαφορετικές εργασίες. Διαφορετικά πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά επίπεδα του μοντέλου OSI.

Ethernetείναι ένα πρωτόκολλο επιπέδου σύνδεσης που χρησιμοποιείται από τα περισσότερα σύγχρονα τοπικά δίκτυα. Το πρωτόκολλο Ethernet παρέχει μια ενοποιημένη διεπαφή στο μέσο μετάδοσης δικτύου, η οποία επιτρέπει στο λειτουργικό σύστημα να χρησιμοποιεί πολλά πρωτόκολλα επιπέδου δικτύου ταυτόχρονα για τη λήψη και τη μετάδοση δεδομένων. ΕνδειξηΔαχτυλίδιείναι μια εναλλακτική λύση στο «κλασικό» πρωτόκολλο Ethernet σε επίπεδο σύνδεσης.

Για να είναι δυνατή η μετάδοση πληροφοριών μέσω καναλιών επικοινωνίας δικτύου, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων (πακέτο). Υπάρχουν πολλά τέτοια πρωτόκολλα. Τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι τα ακόλουθα: NetBEUI, IPX/ SPX, TCP/ IP. Πρωτόκολλα NETBEUIΚαι IPX/ SPX- χρησιμοποιείται σε τοπικά δίκτυα. Πρωτόκολλα TCP/ IPείναι τα βασικά πρωτόκολλα του παγκόσμιου Διαδικτύου.

ΠρωτόκολλοTCP/ IP

Από την έναρξή της στη δεκαετία του 1970, η στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP έχει εξελιχθεί σε βιομηχανικό πρότυπο για πρωτόκολλα μεταφοράς δεδομένων στα επίπεδα δικτύου και μεταφοράς του μοντέλου OSI. Επιπλέον, η στοίβα περιλαμβάνει μια ποικιλία πρωτοκόλλων που εκτελούνται σε διάφορα επίπεδα OSI, από το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων στο κάτω μέρος έως το επίπεδο εφαρμογής στο επάνω μέρος.

Οι δημιουργοί λειτουργικών συστημάτων προσπαθούν να απλοποιήσουν τη στοίβα πρωτοκόλλων δικτύου για να την κάνουν πιο κατανοητή από τον μέσο χρήστη. Για παράδειγμα, σε έναν σταθμό εργασίας των Windows, η εγκατάσταση πρωτοκόλλων TCP/IP πραγματοποιείται επιλέγοντας ένα πρωτόκολλο υπό όρους, ενώ στην πραγματικότητα υποστηρίζει ολόκληρη την οικογένεια πρωτοκόλλων, εκ των οποίων το TCP (Πρωτόκολλο Ελέγχου Μετάδοσης) και το IP (Πρωτόκολλο Διαδικτύου) είναι μόνο δύο αντιπροσώπων.

Η κατανόηση των αρχών λειτουργίας καθενός από τα πρωτόκολλα της οικογένειας TCP/IP, καθώς και των μηχανισμών αλληλεπίδρασης μεταξύ τους για την παροχή των αντίστοιχων υπηρεσιών επικοινωνίας, φαίνεται να είναι εξαιρετικά σημαντική για τη συντήρηση και την αντιμετώπιση προβλημάτων των δικτύων TCP/IP.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους το TCP/IP έχει γίνει το σύνολο πρωτοκόλλων που χρησιμοποιείται από τα περισσότερα δίκτυα, ο σημαντικότερος από τους οποίους είναι ότι αυτά τα πρωτόκολλα χρησιμοποιούνται στο Διαδίκτυο. Τα πρωτόκολλα TCP/IP σχεδιάστηκαν για να υποστηρίζουν το εκκολαπτόμενο Διαδίκτυο (τότε ονομαζόταν ARPANET) πριν από την εμφάνιση των προσωπικών υπολογιστών, όταν ελάχιστα ακούστηκαν για τη διαλειτουργικότητα μεταξύ προϊόντων υπολογιστών από διαφορετικούς κατασκευαστές. Το Διαδίκτυο ήταν τότε και παραμένει τώρα ένα δίκτυο αποτελούμενο από υπολογιστές διαφόρων τύπων και, κατά συνέπεια, ήταν ακριβώς το σύνολο των πρωτοκόλλων που απαιτούνταν που θα ήταν κοινό σε όλους. Το κύριο στοιχείο που διακρίνει το TCP/IP από άλλες στοίβες πρωτοκόλλων που παρέχουν διακομιστές επιπέδου δικτύου και μεταφοράς είναι το δικό του μοναδικό σύστημα διευθύνσεων. Σε κάθε συσκευή σε ένα δίκτυο TCP/IP εκχωρείται μια διεύθυνση IP (μερικές φορές περισσότερες από μία), η οποία προσδιορίζει με μοναδικό τρόπο τη συγκεκριμένη συσκευή σε άλλα συστήματα.

Σχόλιο: Μεθοδολογική αιτιολόγηση των ανοιχτών συστημάτων ως σύνολο εννοιών και μοντέλων αναφοράς που βασίζονται σε αυτά. Μοντέλο OSI.

2.1. Μεθοδολογική βάση ανοιχτών συστημάτων

Η διαδικασία τυποποίησης των τεχνολογιών της πληροφορίας πρέπει να έχει μια μεθοδολογική βάση που θα επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίζει εύλογα τα αντικείμενα, τις μεθόδους και τα εργαλεία τυποποίησης. Ταυτόχρονα, η έννοια Πληροφορικήερμηνεύεται ως εξής: " Πληροφορικήπεριλαμβάνει την προδιαγραφή, το σχεδιασμό και την ανάπτυξη λογισμικού, υλικού και τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και εργαλείων που ασχολούνται με την αναζήτηση και συλλογή πληροφοριών, παρουσίαση, οργάνωση, επεξεργασία, ασφάλεια, αποθήκευση, μετάδοση, καθώς και ανταλλαγή και διαχείριση πληροφοριών." και μια ενιαία μεθοδολογική η βάση υλοποιείται με τη μορφή μεθοδολογικής βάσης για ανοιχτά συστήματα.

Μεθοδολογικά βάση ανοιχτών συστημάτωναποτελείται από ένα σύνολο εννοιών και μοντέλων αναφοράς που βασίζονται σε αυτές:

• εννοιολογική βάση και αρχές για την κατασκευή ανοιχτών συστημάτων·
• μοντέλο αναφοράς περιβαλλόντων ανοιχτού συστήματος (Open System Environment Reference Model - OSE RM);
• Μοντέλο αναφοράς διασύνδεσης ανοιχτών συστημάτων (OSI RM);
• Συσκευές για την ανάπτυξη και χρήση προφίλ IT/IS, σχεδιασμένες για τη δημιουργία ανοιχτών συστημάτων στο χώρο των τυποποιημένων λύσεων.
• ταξινομία προφίλ;
• έννοια της δοκιμής της συμμόρφωσης των συστημάτων πληροφορικής με τα πρότυπα και τα προφίλ πηγής.

Τα πιο σημαντικά αποτελέσματα σε καθιέρωση της μεθοδολογίας της βάσης των ανοιχτών συστημάτωνσήμερα είναι:

• δημιουργία συστήματος εξειδικευμένων διεθνών οργανισμών για την ολιστική ανάπτυξη και τυποποίηση ανοιχτών συστημάτων.
• ανάπτυξη μοντέλων αναφοράς και αντίστοιχων βασικών προδιαγραφών για τα σημαντικότερα τμήματα του τομέα της πληροφορικής, που κατέστησαν δυνατή τη διαμόρφωση μιας εννοιολογικής και λειτουργικής βάσης για τον χώρο δημιουργίας τεχνολογιών και συστημάτων πληροφοριών (IT/IS).
• ανάπτυξη και ευρεία χρήση της έννοιας του προφίλ, η οποία παρέχει μια συσκευή για τον προσδιορισμό και την τεκμηρίωση πολύπλοκων και πολυεπιστημονικών ανοιχτών IT/IS που καθορίζει τη λειτουργικότητα των βασικών προδιαγραφών ή/και προφίλ.
• ανάπτυξη μιας ταξινόμησης προφίλ, η οποία είναι ένα σύστημα ταξινόμησης IT/IS και παρέχει συστηματική αναγνώριση των προφίλ στον χώρο IT/IS.
• ανάπτυξη έννοιας και μεθοδολογίας για τη συμμόρφωση των υλοποιήσεων Πληροφορικής/Πληροφορικής με τις προδιαγραφές που εφαρμόζουν.

Μεθοδολογική βάση τεχνολογίας πληροφοριών, το κύριο μέρος του οποίου αποτελείται από προδιαγραφές πληροφορικής διαφόρων επιπέδων αφαίρεσης, διαμορφώνεται με βάση μια ιεραρχική προσέγγιση, η οποία διευκολύνει την ανάλυση της δομής του χρησιμοποιώντας κάποιο μοντέλο πολλαπλών επιπέδων.

Ρύζι. 2.1.

Το μοντέλο απευθύνεται σε διευθυντές υπηρεσιών πληροφορικής και διαχειριστές έργων που είναι υπεύθυνοι για την απόκτηση/ανάπτυξη, υλοποίηση, λειτουργία και ανάπτυξη πληροφοριακών συστημάτων που αποτελούνται από ετερογενές λογισμικό, υλικό και εργαλεία επικοινωνίας. Τα προγράμματα εφαρμογής στο περιβάλλον του ΟΣΕ μπορεί να περιλαμβάνουν:

• συστήματα πραγματικού χρόνου (Real Time System - RTS) και ενσωματωμένα συστήματα (Embedded System - ES).
• Σύστημα Επεξεργασίας Συναλλαγών (TPS);
• συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (DataBase Management System - DBMS);
• διάφορα συστήματα υποστήριξης αποφάσεων (Decision Support System - DSS).
• πληροφοριακά συστήματα διαχείρισης για διοικητικούς σκοπούς (Executive Information System - EIS) και παραγωγής (Enterprise Resource Planning - ERP).
• γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (Geographic Information System - GIS);
• άλλα εξειδικευμένα συστήματα που ενδέχεται να χρησιμοποιούν προδιαγραφές που συνιστώνται από διεθνείς οργανισμούς.

Από την πλευρά των κατασκευαστών και των χρηστών, το περιβάλλον ΟΣΕ είναι μια αρκετά καθολική λειτουργική υποδομή που ρυθμίζει και διευκολύνει την ανάπτυξη ή την απόκτηση, λειτουργία και συντήρηση ασφαλών συστημάτων εφαρμογών που:

• εκτελείται σε οποιαδήποτε πλατφόρμα παρόχου ή χρήστη που χρησιμοποιείται·
• χρησιμοποιήστε οποιοδήποτε λειτουργικό σύστημα.
• να παρέχει πρόσβαση στη βάση δεδομένων και διαχείριση δεδομένων·
• ανταλλάσσουν δεδομένα και αλληλεπιδρούν μέσω των δικτύων οποιωνδήποτε προμηθευτών και στα τοπικά δίκτυα καταναλωτών·
• αλληλεπιδρούν με τους χρήστες μέσω τυπικών διεπαφών σε ένα κοινό σύστημα διεπαφής χρήστη-υπολογιστή.

Έτσι, το περιβάλλον του ΟΣΕ υποστηρίζει «φορητά, επεκτάσιμα και διαλειτουργικά προγράμματα εφαρμογών υπολογιστή μέσω τυπικής λειτουργικότητας, διεπαφών, μορφών δεδομένων, πρωτοκόλλων ανταλλαγής και πρόσβασης».

Τα πρότυπα μπορεί να είναι διεθνείς, εθνικές ή άλλες διαθέσιμες στο κοινό προδιαγραφές και συμφωνίες. Αυτά τα πρότυπα και οι προδιαγραφές είναι διαθέσιμα σε κάθε προγραμματιστή, προμηθευτή και χρήστη λογισμικού και υλικού υπολογιστών και επικοινωνιών για την κατασκευή συστημάτων και εγκαταστάσεων που πληρούν τα κριτήρια του ΟΣΕ.

φορητός, εάν υλοποιούνται σε τυπικές πλατφόρμες και γράφονται σε τυποποιημένες γλώσσες προγραμματισμού. Λειτουργούν σε τυπικές διεπαφές που τις συνδέουν με το υπολογιστικό περιβάλλον, διαβάζουν και δημιουργούν δεδομένα σε τυπικές μορφές και τα μεταφέρουν σύμφωνα με τυπικά πρωτόκολλα που εκτελούνται σε διαφορετικά υπολογιστικά περιβάλλοντα.

Εφαρμογές και εργαλεία του ΟΣΕ ανάβατοςσε ένα περιβάλλον με διάφορες πλατφόρμες και διαμορφώσεις δικτύου - από προσωπικούς υπολογιστές έως ισχυρούς διακομιστές, από τοπικά συστήματα για παράλληλους υπολογιστές έως μεγάλα συστήματα GRID. Ο χρήστης μπορεί να παρατηρήσει τη διαφορά στον όγκο των υπολογιστικών πόρων σε οποιαδήποτε πλατφόρμα από κάποια έμμεσα σημάδια, για παράδειγμα, από την ταχύτητα εκτέλεσης ενός προγράμματος εφαρμογής, αλλά ποτέ από αστοχίες συστήματος.

Εφαρμογές και εργαλεία του ΟΣΕ αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, εάν παρέχουν υπηρεσίες στον χρήστη χρησιμοποιώντας τυπικά πρωτόκολλα, μορφές ανταλλαγής δεδομένων και διεπαφές συνεργατικών ή κατανεμημένων συστημάτων επεξεργασίας δεδομένων για στοχευμένη χρήση πληροφοριών. Η διαδικασία μεταφοράς πληροφοριών από μια πλατφόρμα σε άλλη μέσω τοπικού δικτύου ή συνδυασμού οποιωνδήποτε δικτύων (ακόμη και παγκόσμιων) πρέπει να είναι απολύτως διαφανής για τα προγράμματα εφαρμογών και τους χρήστες και δεν προκαλεί τεχνικές δυσκολίες στη χρήση. Ωστόσο, η τοποθεσία και η τοποθεσία άλλων πλατφορμών, λειτουργικών συστημάτων, βάσεων δεδομένων, προγραμμάτων και χρηστών δεν θα πρέπει να έχουν σημασία για την εφαρμογή που χρησιμοποιείται.

Η Ομάδα Εργασίας IEEE POSIX 1003.0 ανέπτυξε το μοντέλο αναφοράς OSE (Open Systems Environment/Reference Model - OSE/RM). Αυτό το μοντέλο περιγράφεται διεθνώς στην τεχνική έκθεση JTC1 TR 14250 (Εικ. 2.2).

Η περιγραφή του μοντέλου χρησιμοποιεί δύο τύπους στοιχείων:

• λογικά αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένου του λογισμικού εφαρμογών (ASW), των πλατφορμών εφαρμογών και του εξωτερικού λειτουργικού περιβάλλοντος.
• διεπαφές, που περιέχει τη διεπαφή συστήματος εφαρμογής και τη διεπαφή ανταλλαγής με το εξωτερικό περιβάλλον.

Λογικά αντικείμενααντιπροσωπεύονται από τρεις κλάσεις, οι διεπαφές από δύο. Στο πλαίσιο του μοντέλου αναφοράς του ΟΣΕ, το λογισμικό εφαρμογής περιλαμβάνει άμεσα κωδικούς προγραμμάτων, δεδομένα, τεκμηρίωση, δοκιμές, βοηθητικά και εκπαιδευτικά εργαλεία (Εικ. 2.3).

Πλατφόρμα εφαρμογήςαποτελείται από ένα σύνολο στοιχείων λογισμικού και υλικού που υλοποιούν υπηρεσίες συστήματος που χρησιμοποιούνται από το λογισμικό. Η έννοια της πλατφόρμας εφαρμογών δεν περιλαμβάνει συγκεκριμένη υλοποίηση λειτουργικότητας. Για παράδειγμα, μια πλατφόρμα μπορεί να κυμαίνεται από έναν επεξεργαστή που χρησιμοποιείται από πολλές εφαρμογές έως ένα μεγάλο κατανεμημένο σύστημα.

Εξωτερικό περιβάλλον πλατφόρμαςαποτελείται από στοιχεία εξωτερικά της πλατφόρμας λογισμικού και εφαρμογών (σταθμοί εργασίας, εξωτερικές περιφερειακές συσκευές συλλογής, επεξεργασίας και μετάδοσης δεδομένων, αντικείμενα υποδομής επικοινωνίας, υπηρεσίες άλλων πλατφορμών, λειτουργικά συστήματα ή συσκευές δικτύου).

Διεπαφή εφαρμογής(Application Program Interface - API) είναι η διεπαφή μεταξύ του λογισμικού και της πλατφόρμας εφαρμογής. Η κύρια λειτουργία του API είναι να υποστηρίζει τη φορητότητα λογισμικού. Η ταξινόμηση API γίνεται ανάλογα με τον τύπο των υπηρεσιών που πωλούνται: αλληλεπίδραση στο σύστημα χρήστη-υπολογιστή, ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ εφαρμογών, υπηρεσίες εσωτερικού συστήματος, υπηρεσίες επικοινωνίας.

Η διεπαφή εξωτερικού περιβάλλοντος (EEI) παρέχει μεταφορά πληροφοριών μεταξύ της πλατφόρμας εφαρμογής και του εξωτερικού περιβάλλοντος, καθώς και μεταξύ προγραμμάτων εφαρμογών που εκτελούνται στην ίδια πλατφόρμα.

Το μοντέλο αναφοράς OSE/RM υλοποιεί και διέπει τη σχέση προμηθευτή-χρήστη. Τα λογικά αντικείμενα της πλατφόρμας εφαρμογής και του εξωτερικού περιβάλλοντος είναι ο πάροχος υπηρεσιών, το λογισμικό είναι ο χρήστης. Αλληλεπιδρούν χρησιμοποιώντας ένα σύνολο από API και διεπαφές EEI που ορίζονται από το μοντέλο POSIX OSE (Εικόνα 2.4).

Η διεπαφή EEI είναι ένας συνδυασμός και των τριών διεπαφών (CSI, HCI, ISI), καθεμία από τις οποίες έχει χαρακτηριστικά που ορίζονται από μια εξωτερική συσκευή (Εικ. 2.5):

• διεπαφή υπηρεσιών επικοινωνίας(Communication Service Interface - CSI) - μια διεπαφή που παρέχει μια υπηρεσία για την υλοποίηση της αλληλεπίδρασης με εξωτερικά συστήματα. Η υλοποίηση της αλληλεπίδρασης πραγματοποιείται μέσω της τυποποίησης πρωτοκόλλων και μορφών δεδομένων που μπορούν να ανταλλάσσονται χρησιμοποιώντας καθιερωμένα πρωτόκολλα
• διεπαφή ανθρώπου-μηχανής(Human Computer Interface - HCI) - μια διεπαφή μέσω της οποίας πραγματοποιείται η φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ του χρήστη και του συστήματος λογισμικού
• διεπαφή υπηρεσιών πληροφοριών(Information Service Interface - ISI) - το όριο αλληλεπίδρασης με την εξωτερική μνήμη για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων. Εξασφαλίζεται από την τυποποίηση των μορφών και της σύνταξης για την παρουσίαση δεδομένων.

Η πλατφόρμα εφαρμογών παρέχει υπηρεσίες για διάφορες εφαρμογές μέσω και των δύο κύριων διεπαφών στην πλατφόρμα.

Το περιβάλλον OSE διασφαλίζει τη λειτουργία του λογισμικού χρησιμοποιώντας ορισμένους κανόνες, στοιχεία, μεθόδους διασύνδεσης στοιχείων συστήματος (Plug Compatibility) και μια αρθρωτή προσέγγιση για την ανάπτυξη λογισμικού και συστημάτων πληροφοριών. Τα πλεονεκτήματα του μοντέλου είναι ο διαχωρισμός του εξωτερικού περιβάλλοντος σε ένα ανεξάρτητο στοιχείο που έχει ορισμένες λειτουργίες και μια κατάλληλη διεπαφή και η δυνατότητα χρήσης του για την περιγραφή συστημάτων που βασίζονται στην αρχιτεκτονική πελάτη-διακομιστή. Ένα σχετικό μειονέκτημα είναι ότι δεν είναι ακόμη διαθέσιμες όλες οι απαιτούμενες προδιαγραφές σε επίπεδο διεθνών εναρμονισμένων προτύπων.