Информационно-вычислительные сети

Информационно-вычислительные сети включают вычисли­тельные сети, предназначенные для распределенной обработки данных (совместное использование вычислительных мощно­стей), и информационные сети, предназначенные для совместно­го использования информационных ресурсов. Сетевая техноло­гия обработки информации весьма эффективна, так как предос­тавляет пользователю необходимый сервис для коллективного решения различных распределенных прикладных задач, увеличи­вает степень использования имеющихся в сети ресурсов (инфор­мационных, вычислительных, коммуникационных) и обеспечивает удаленный доступ к ним.

Распределение потоков сообщений с целью доставки каждого сообщения по адресу осуществляется на узлах коммутации (УК) с помощью коммутационных устройств. Система распределений потоков сообщений в УК получила название системы коммутации.

Под коммутацией сетях передачи данных имеется в виду совокупность операций, обеспечивающих в узлах коммутации передачу информации между входными и выходными устройствами в соответствии с указанным адресом. При коммутации с накоплением (КН) абонент имеет постоянную прямую связь со своим УК и передает на него информацию. Затем эта информация передается через узлы коммутации другим абонентам, причем в случае занятости исходящих каналов информация запоминается в узлах и передается по мере освобождения каналов нужном направлении.

Коммутация пакетов. Всистемах ПД широкое распростра­нение получил метод коммутации пакетов (КП), или пакетной коммутации, являющийся разновидностью коммутации с накоп­лением. При КП сообщения разбиваются на меньшие части, называемые пакетами, каждый из которых имеет установленную максимальную длину. Эти пакеты нумеруются и снабжаются ад­ресами и прокладывают себе путь по сети (методом передачи с промежуточным хранением), которая их коммутирует.

Части одного и того же сообщения могут в одно ито же вре­мя находиться в различных каналах связи, более того, когда на­чало сообщения уже принято, его конец отправитель может еще даже не передавать в канал.

В сети с КП осуществляется следующий процесс передачи (рис. 6.2):

• вводимое в сеть сообщение разбивается на части — пакеты длиной обычно до 1000—2000 единичных интервалов, со­держащие адрес ОП получателя. Указанное разбиение осуществляется или в оконечном пункте, если он содержит ЭВМ, или в ближайшем к ОП УК;

• если разбиение сообщения на пакеты происходит в УК, то дальнейшая передача пакетов осуществляется по мере их формирования, не дожидаясь окончания приема в УК це­лого сообщения;

• в узле КП пакет запоминается в оперативной памяти (ОЗУ) и по адресу определяется канал, по которому он должен быть передан;

• если этот канал к соседнему узлу свободен, то пакет немед­ленно передается на соседний узел КП, в котором повторя­ется та же операция;

• если канал к соседнему узлу занят, то пакет может неболь­шое время храниться в ОЗУ до освобождения канала;

• при хранении пакеты устанавливаются в очереди по на­правлению передачи, причем длина очереди не превышает 3—4 пакетов. Если длина очереди превышает допустимую, пакеты стираются из ОЗУ и их передача должна быть по­вторена.

Эталонная модель внутри- и межсетевого взаимодействия (OSI Reference Model). Многослойный (многоуровневый) харак­тер сетевых процессов приводит к необходимости рассмотрения многоуровневых моделей телекоммуникационных сетей. В каче­стве эталонной модели утверждена семиуровневая модель, вко­торой все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни. В данной модели обмен ин­формацией может быть представлен в виде стека (табл. 6.1).

Эти представления были разработаны ISO (International Standard Organization) и получили название «Семиуровневой мо дели сетевого обмена» (Open System Interconnection Reference Model), или ВОС (Взаимодействие Открытых Систем). Основная идея модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи.

Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше и нижерасположенными называют протоколом.

Наличие нескольких уровней, используемых в модели, обес­печивает декомпозицию информационно-вычислительного про­цесса на простые составляющие. В свою очередь, увеличение числа уровней вызывает необходимость включения дополни­тельных связей в соответствии с дополнительными протоколами и интерфейсами. Интерфейсы (макрокоманды, программы) за­висят от возможностей используемой операционной системы.

Рассмотрим вкратце характеристики уровней ВОС.

Уровень 1, физический уровень модели — опре­деляет характеристики физической сети передачи данных, кото­рая используется для межсетевого обмена. Это такие параметры, как напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах, электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах.

Уровень 2, канальный — представляет собой ком­плекс процедур и методов управления каналом передачи дан­ных, организованный на основе физического соединения. Ка­нальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уров­нем, так называемые «кадры», последовательности пакетов. Каждый пакет содержит адреса источника и места назначения, а также средства обнаружения ошибок. На этом уровне осуществ­ляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

К канальному уровню отнесены протоколы, определяющие соединение, — протоколы взаимодействия между драйверами устройств и устройствами, с одной стороны, а с другой — между операционной системой и драйверами устройств.

Уровень 3, сетевой — устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходи благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных.

К сетевому уровню относятся протоколы, которые отвечают а отправку и получение данных, где определяется отправитель и получатель и определяется необходимая информация для достав­ки пакета по сети.

Уровень 4, транспортный — поддерживает непре­рывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом удаленными пользовательскими процессами. Ка­чество транспортировки, безошибочность передачи, независи­мость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют не­прерывную и безошибочную передачу данных.

Транспортный протокол связывает нижние уровни (физиче­ский, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реа­лизуются программными средствами. Этот уровень как бы раз­деляет средства формирования данных в сети от средств их пере­дачи. Сетевой уровень предоставляет услуги транспортному, который требует от пользователей запроса на качество обслужи­вания сетью.

После получения от пользователя запроса на качество обслу­живания транспортный уровень выбирает класс протокола, ко­торый обеспечивает требуемое качество обслуживания. При су­ществовании разных типов сетей транспортный уровень позво­ляет следующие параметры качества обслуживания:

• пропускная способность;

• надежность сети;

• задержка передачи информации через сеть;

• приоритеты;

• защита от ошибок;

• мультиплексирование;

• управление потоком;

• обнаружение ошибок.

Уровень 5, сеансовый (уровень сессии) – на данном уровне осуществляется управление сеансами (сессиями) связи между двумя взаимодействующими прикладными пользовательскими процессами (пользователями). Определяется начало и окончание сеанса связи: нормальное или аварийное; определяется время, длительность и режим сеанса связи, точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче данных, восстанавливается соединение после ошибок в время сеанса связи без потери данных.

Уровень 6, представления данных (представи­тельский, уровень представления информации, уровень обмена данными с прикладными программами) — управляет представ­лением данных в необходимой для программы пользователя форме, осуществляет генерацию и интерпретацию взаимодейст­вия процессов, кодирование/декодирование данных, в том чис­ле компрессию и декомпрессию данных (преобразование дан­ных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения).

На рабочих станциях могут использоваться различные опера­ционные системы: DOS, UNIX, OS/2. Каждая из них имеет свою файловую систему, свои форматы хранения и обработки данных. Задачей данного уровня является преобразование данных при передаче информации в формат, который используется в инфор­мационной системе. При приеме данных уровень представления данных выполняет обратное преобразование.

Уровень 7, прикладной (уровень прикладных про­грамм или приложений) — определяет протоколы обмена дан­ными этих прикладных программ; в его ведении находятся при­кладные сетевые программы, обслуживающие файлы, а также выполняются вычислительные, информационно-поисковые ра­боты, логические преобразования информации, передача почто­вых сообщений и т. п. Одна из задач этого уровня — обеспечить интерфейс пользователя.

Таким образом, мы видим, что уровень с меньшим номером предоставляет услуги смежному с ним верхнему уровню и поль­зуется для этого услугами смежного с ним нижнего уровня. Са­мый верхний (7-й) уровень потребляет услуги, самый нижний (1-й) только предоставляет их.

Кроме того, на разных уровнях обмен происходит в различ­ных единицах информации: биты, кадры, фреймы, пакеты, сеан­совые сообщения, пользовательские сообщения. Уровень может «ничего не знать» о содержании сообщения, но он должен «знать», что дальше делать с этим сообщением. Уровень прило­жений передает сообщение на следующий уровень и т. д. через все уровни, пока физический уровень не передаст его в кабель-Каждый уровень по-своему обрабатывает, например, сообщение электронной почты, но не «знает» о фактическом содержании этого сообщения.

Для правильной и, следовательно, полной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил, оговоренных в протоколе передачи данных.