Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС).

2.5.1. Терминальный комплекс.

Программное обеспечение ТК состоит из двух взаимосвязанных частей: программ управления сообщениями, обеспечивающих различные методы теледоступа к процессам, выполняемой ЭВМ, и программ обработки сообщений, выполняющих необходимые информационно-вычислительные задачи.

А. Основными функциями программ управления сообщениями является передача информации между программами пользователя в вычислительной машине и операторами терминалов.

Одними из наиболее распространенных методами доступа являются:

базисный телекоммуникационный доступ (БТД) и

общий телекоммуникационный доступ (ОТД).

БТД является комплексом программ, обеспечивающих по физическим каналам обмен данными между вычислительной машиной и подключенным к ней терминалам. При реализации БТД выполняются следующие функции:

 опрос терминалов;

 вызов терминала;

 передача сообщений терминалу;

 обработка ошибок;

 организация буферной памяти;

 преобразование кодов;

 тестирование, диагностика терминалов;

 сбор статистики об ошибках при передаче;

 запуск передачи;

 окончание сеанса связи.

Преимущества БТД перед другими заключается в его простоте и гибкости. Он требует небольшой оперативной и внешней памяти и поэтому используется в относительно малых ЭВМ.

ОТД является более сложным комплексом программ и требует большой памяти в ЭВМ. Однако он позволяет упростить составление программ, которые должен иметь пользователь для взаимодействия с ЭВМ.

ОТД выполняет все функции, которые реализуются при выполнении БТД, кроме того ОТД позволяет:

 организовать очереди сообщений;

 редактировать сообщения;

 управлять приоритетами при обработке информации;

 в случае необходимости обеспечивать возврат сообщений;

 изменять список терминалов, взаимодействующих с ЭВМ.

Б. Программы обработки сообщений выполняют широкий круг задач. К ним в первую очередь относятся:

 вычисления;

 банки данных;

 информационно-поисковые системы;

 справочные системы и т.д.

В настоящее время используется большой набор программ обработки сообщений. Рассмотрим три наиболее распространенных из них.

Система ДУВЗ (Диалоговый удаленный ввод-вывод заданий) является сложным комплексом программ, обеспечивающим пользователям в режиме диалога терминалов с ЭВМ подготовку для нее заданий и дистанционное получение решений. Пользователь ДУВЗ имеет возможность от сеанса к сеансу сохранять в системе нужные ему наборы данных. С этой целью ему выделяется личная библиотека, разделами которой являются сохраняемые наборы данных. В библиотеке можно хранить, например, часто используемые подпрограммы управления заданиями, тексты программ и т.д., имеется возможность их обновления и редактирования, вывод на экран и печать. Система ДУВЗ разрешает использовать наборы данных и из библиотек других пользователей.

Система КРОС выполняет автоматическую буферизацию входных и выходных данных и планирует вычислительные работы на основе заданных приоритетов. Применение этой системы позволяет:

 повысить производительность ЭВМ, благодаря наличию специальных методов доступа для работы со входными потоками заданий и выходными потоками решений;

 автоматизировать функции оператора ЭВМ, в частности планировать и запускать программы системного ввода, системного вывода и инициаторы;

 расширить возможности ЭВМ за счет динамического упорядочения задач на основе: учета использования центрального процессора и устройств ввода-вывода; автоматического включения во входной поток всех заданий; передачи части входного потока заданий обрабатывающей программе, минуя планировщик ОС ЕС;

 уменьшить потребность в ресурсах за счет динамического распределения внешней памяти и сокращения объема памяти, необходимого для буферизации входных и выходных наборов данных и построения очереди заданий;

 обеспечить возможность удаленного ввода заданий;

 обеспечить прозрачность, выражающуюся в том, что для применения КРОС не требуется вносить в операционную систему (ОС) ЭВМ какие-либо изменения, а также в большинство заданий, подготовленных пользователями для выполнения; поэтому КРОС можно вводить в эксплуатацию, не изменяя большинство программ пользователей.

Важно отметить, что система КРОС не зависит от версии ОС ЕС. Поэтому КРОС может служить основой для разработки новых средств и возможностей, не затрагивая ОС ЕС и готовых программ пользователей.

Система КАМА является комплексом программ, предназначенным для обработки информационных сообщений, передаваемых терминалами, и обеспечивающих удаленную связь пользователей с базой данных и библиотекой прикладных программ.

Она осуществляет коммутацию сообщений в терминальном комплексе, управление вводом и выводом данных.

Система предоставляет пользователям:

 единую базу данных для всех программ пользователей;

 управляемый теледоступ к базе данных;

 приоритетное использование средств обработки информации;

 сервисные средства, необходимые для построения информационных систем.

Система КАМА построена по модульному принципу, открыта для развития и состоит из ряда библиотек. По запросам пользователей КАМА осуществляет поиск информации и выдачу справок, обеспечивает пользователю возможность просмотра информации в тех случаях, когда он не знает точно характеристики искомого объекта, обеспечивает также выполнение расчетных работ.

С помощью данной системы производится широкий комплекс операций, связанный с вводом информации в ЭВМ. Представляется также возможность редактирования вводимой информации и сбора данных с большого числа терминалов. Специальные компоненты системы осуществляют распределение сообщений по всем терминалам, подключенным к ЭВМ. Алгоритм распределения задается программой, составленной пользователем.

2.5.2. Вычислительная сеть.

Рассмотрение программной структуры вычислительной сети (ВС) позволяет определить иерархию программного обеспечения этой сети. Программы, выполняемые в ЭВМ или реализуемые в аппаратных средствах сети (модемах, адаптерах, контроллерах) являются взаимосвязанными элементами программной структуры. При этом основными в программной структуре ВС являются элементы, выполняющие информационно-вычислительные функции для пользователя (вычисления, реализация банков данных, диалоговых информационных систем и т.д.). Этими элементами являются программа пользователя и взаимосвязанные с ней программы управления представлением информации и сеансом связи. Совокупность этих трех элементов принято называть процессом.

Основной задачей вычислительной сети является создание взаимодействующих процессов, реализуемых вычислительными машинами (логическими модулями). Взаимодействие этих процессов осуществляется передачей друг другу массивов информации.

Рис.2.5. Взаимодействие двух процессов

При появлении необходимости в передаче информации программа пользователя А выдает массив информации. Программы управления представлением и сеансом добавляют к этому массиву заголовок и концевик, образуя сообщение. В заголовок последнего записывается информация, позволяющая различать сообщения и указывать необходимые адреса. В концевике располагаются символы, позволяющие выявить ошибки в сообщении после его передачи другому процессу.

Сообщение имеет произвольную длину, поэтому его обычно перед передачей делят на части - блоки, максимальный размер которых ограничен. Эти блоки передаются (см. рис.2.6) процессу Е.

Рис.2.6. Связь процессов, расположенных в двух машинах

Здесь программы управления представлением и сеансом собирают из блоков сообщение, анализируют, а затем убирают его заголовок и концевик. Полученный массив информации передается программе пользователя Е.

Такое (непосредственное) взаимодействие процессов возможно только в тех редких случаях, когда эти процессы расположены в одной и той же вычислительной машине. Обычно же в вычислительной сети процессы находятся в различных машинах и взаимодействуют через аппаратуру передачи данных, физические каналы, коммуникационные, а часто и интерфейсные машины. В этом случае к каждому процессу должен быть добавлен новый элемент программной структуры ВС - программа управления передачей информации от одного процесса к другому. Границу (точку), расположенную между процессом и программой управления передачей, обычно именуют портом.

В рассматриваемом случае структура передаваемого массива информации усложняется и последний, называемый фрагментом имеет два заголовка: процесса и передачи. Основа блока и его заголовок (заголовок процесса) здесь те же, что и на рис.2.5. Второй же заголовок фрагмента (заголовок передачи) содержит управляющие данные, описывающие передачу: тип массива информации, передаваемого от одного процесса к другому, адреса исходного и конечного процесса (точнее адреса портов), идентификатор (имя) этого массива.

Передача информации от процесса А к процессу Е здесь осуществляется следующим образом. При возникновении необходимости в передаче, процесс А выдает (см. рис. 2.6) блок информации, который передается программе управления передачей. Последняя добавляет к нему заголовок передачи и полученный фрагмент информации направляет другой программе управления передачей. Эта программа убирает во фрагменте заголовок передачи, читает его, а оставшуюся часть массива информации блок передает процессу Е. Здесь из блоков собираются сообщения и содержащаяся в них информация пользователя передается адресуемой программе пользователя. Аналогично осуществляется передача информации от процесса Е к процессу А.

В вычислительной сети один и тот же процесс может быть связан с несколькими процессами, выполняемыми в различных машинах. Поэтому наряду с программой управления передачей вводится (см. рис. 2.7) еще один элемент программа управления сетью.

Рис.2.7. Процедуры формирования и приема пакетов

Линии, соединяющие в вычислительных сетях программы управления сетью, назовем транспортными каналами. Основной задачей программы управления сетью является организация маршрутизации пакетов в вычислительной сети. Соответственно новой программе к фрагменту добавляется заголовок пакета. В нем содержится вся управляющая информация необходимая для маршрутизации пакетов. Созданный таким образом пакетпередается группе программ, связанных с процессом Е. Здесь программы управления сетью и управления передачей, используя соответствующие заголовки пакета и фрагмента, передают процессу Е принятый блок. В ряде случаев программы управления передачей и управления сетью объединяются в одну комплексную программу. В этих случаях во всех массивах информации заголовки передачи и пакета также соединяются в общий заголовок.

Между любой парой смежных машин расположен канал, управление работой которого выполняет еще один элемент - программа управления информационным каналом.Соответственно этому рассматриваемый канал будем называть информационным.Программа управления информационным каналом перед передачей пакета по информационному каналу обрамляет его (см. рис.2.8). Спереди - заголовком канала и сзади - концевиком канала. Заголовок канала содержит информацию, необходимую для управления информационным каналом. В концевик канала включается информация, обеспечивающая проверку пакета после передачи его по информационному каналу. В результате добавления к пакету заголовка и концевика канала создается массив информации, называемый кадром.

Рис.2.8. Процедура формирования кадра

Кадры в информационном канале идут непрерывным потоком друг за другом. Их отделяют друг от друга управляющие символы, именуемые флагами.

Рис.2.9. Структура 4-х конвертной упаковки информации

На каждом из четырех рассмотренных этапов управления осуществляется упаковка информации пользователя либо “конверта”, полученного от предыдущего элемента программной структуры сети, в новый “конверт” и указание на нем нового адреса (заголовка). При этом важно отметить, что каждый из рассмотренных элементов оперирует лишь со своим заголовком (и концевиком), не рассматривая (анализируя) остальную часть полученного массива информации.

Поэтому принято говорить, что этот элемент прозрачен для информации пользователя и заголовков, принятых с более высоких уровней программной структуры вычислительной сети. На приемной стороне происходят обратные операции - распечатка “конвертов”. Каждый из элементов программной структуры читает заголовок (и концевик) на “конверте”, вскрывает его и содержимое передает вверх очередному элементу. В проведенном анализе программной структуры не учтена необходимость соединения каждой пары ЭВМ физическим каналом, поддержание этого соединения во время сеанса и расторжение соединения после каждого из сеансов. Эти операции выполняет элемент - программа управления физическим каналом.

Таким образом, возникает слоистая программная структура вычислительной сети,состоящая из элементов, расположенных на семи уровнях. Семь взаимосвязанных элементов программной структуры вычислительной сети показаны на рис. 2.10.

Рис.2.10. Уровни программной структуры вычислительной сети

(7-и уровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем)

Они образуют семиуровневую модель, которая в настоящее время стандартизирована МОС как эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) и находит очень широкое применение при анализе и синтезе вычислительных сетей.

В общем случае на верхнем уровне ЭМ ВОС может находиться не один, а несколько процессов. Каждый из них имеет один, а иногда и несколько портов и является абонентом вычислительной сети. Порты связываются друг с другом логической системой называемой транспортной сетью. Основные задачи и функции выполняемые каждым уровнем программной структуры (ЭМ ВОС) показаны на табл. 2.1. Уровни 1 и 2 определяют функции, обеспечивающие передачу между двумя вычислительными машинами, соединенными

информационным каналом. Уровни 3 и 4 программной структуры

Таблица 2.1.

осуществляют передачу информации от порта к порту. Уровни 5,6 и 7 описывают взаимодействие операционных систем вычислительных машин, входящих в вычислительную сеть.

В вычислительной сети может использоваться также специальный процесс (административный), осуществляющий управление сетью.

В его функции входят:

 корректировка программ, обеспечивающих процедуры маршрутизации,

 сбор данных о работе вычислительной сети,

 выдача статистики о работе сети,

 диагностика неисправностей сети,

 управление ресурсами сети.

Программы маршрутизации корректируются при выходе из строя канала связи или изменения конфигурации коммуникационной сети (появления новых или ликвидации старых каналов).

В составе уровней (элементов) программной структуры вычислительной сети возможны дополнительные уровни:

межсетевой уровень, имеющий место в случае взаимодействия (взаимосвязи) нескольких транспортных сетей передачи между собой или взаимодействия процесса (транспортного уровня) с несколькими транспортными сетями (сетями передачи), реализуемый и на уровне процессов и в транспортной сети;

специальный уровень, обеспечивающий специальные (крипто-, имитозащита)свойства передаваемой информации и реализуемый или на уровне процессов или в транспортной сети.

Слоистость программной структуры вычислительной сети обеспечивает относительную независимость программ друг от друга. Поэтому установление четких правил стыковки соседних программ позволяет менять (совершенствовать) один из слоев программного обеспечения без изменений остальных слоев.

Выше рассмотрены семь уровней программной структуры, однако на практике в различных вычислительных сетях используется разное число уровней от 4-х до 7-ми. Чем больше число уровней в программной структуре, тем легче ее совершенствовать, заменяя только один из этих уровней. Однако, с увеличением числа уровней усложняется и все программное обеспечение, т.к. каждое выделение программ в отдельный уровень требует решения вопросов стандартизации интерфейсов с соседними уровнями.

Рассмотренные на рис. 2.10 семь уровней программной структуры объединяются в группы, образующие элементы логической структуры вычислительной сети: хостмодули, терминальные, коммуникационные и интерфейсные модули, модуль управления вычислительной сетью и т.д.

С другой стороны размещение программ в машинах и аппаратуре передачи данных позволяет рассмотреть взаимосвязь элементов программной и физической структур вычислительной сети.

Пример такой взаимосвязи показан на рис. 2.11. Здесь уровни программной структуры имеют те же номера, что и на рис. 2.10. Хостмашина, терминальная машина и машина управления вычислительной сетью включают все семь уровней показана на рис. 2.10. В отличии от них коммуникационная машина содержит только три нижних уровня, осуществляющих коммуникационные функции. И наконец, интерфейсная машина имеет самую сложную программную структуру, обеспечивающую связь разнородных сетей и машин. Практически она состоит из двух хостмодулей с общим специальным процессом. Ее программная структура, при включении машины между сетями, показана на рис. 2.11. Программное обеспечение интерфейсной машины, устанавливаемой между хостмашиной и коммуникационной машиной, имеет похожую структуру (см. рис. 2.12). Следует отметить, что на рис. 2.11 и 2.12, как и в реальных вычислительных сетях управление физическим каналом реализуется не в машинах, а в подключенной к ним аппаратуре передачи данных. Программа управления информационными каналами все чаще также

Рис.2.11. Схема размещения уровней программной структуры