Организация функционирования вычислительных систем

Управление вычислительными процессами в ВС осуществляют опера­ционные системы, которые являются частью общего программного обес­печения. В состав ОС включают как программы централизованного уп­равления ресурсами системы, так и программы автономного использова­ния вычислительных модулей. Последнее условие необходимо, так как в ВС обычно предусматривается более высокая надежность функциониро­вания, например требование сохранения работоспособности при наличии в ней хотя бы одного исправного модуля. Требование увеличения произ­водительности также предполагает возможность параллельной и даже автономной работы модулей при обработке отдельных заданий или паке­тов заданий.

В зависимости от структурной организации ВС можно выявить некото­рые особенности построения их операционных систем.

Операционные системы многомашинных ВС являются более простыми. Обычно они создаются как надстройка автономных ОС отдельных ЭВМ, так как здесь каждая ЭВМ имеет большую автономию в использовании ресурсов (своя оперативная и внешняя память, свой обособленный состав внешних устройств и т.д.). В них широко используются программные методы локаль­ного (в пределах вычислительного центра) и дистанционного (сетевая обработка) комплексирования.

Общим для построения ОС многомашинных комплексов служит тот факт, что для каждой машины ВС другие играют роль некоторых внешних уст­ройств, и их взаимодействие осуществляется по интерфейсам, имеющим уни­фицированное программное обеспечение. Все обмены данными между ЭВМ должны предусматриваться пользователями путем включения в программы специальных операторов распараллеливания вычислений. По этим обраще­ниям ОС ВС включает особые программы управления обменом. При этом ОС должна обеспечивать распределение и последующую пересылку заданий или их частей, оформляя их в виде самостоятельных заданий. Такие ОС, орга­низуя обмен, должны формировать и устанавливать связи, контролировать процессы обмена, строить очереди запросов, решать конфликтные ситуации.

В многомашинных ВС диспетчерские функции могут решаться на цент­рализованной или децентрализованной основе. Связь машин обычно уста­навливается в порядке подчиненности: «главная ЭВМ - вспомогательная ЭВМ». Например, в пакете Norton Commander имеется возможность устано­вить подобную связь: «Master» - «Slave».

Программное обеспечение многопроцессорных ВС отличается большей сложностью. Это объясняется глубиной и сложностью всестороннего ана­лиза процессов, формируемых в ВС, а также сложностью принятия реше­ния в каждой конкретной ситуации. Здесь все операции планирования и диспетчеризации связаны с динамическим распределением ресурсов (опе­ративной и внешней памяти, процессоров, данных системных таблиц, программ, периферийного оборудования и т.п.). Центральное место в этом играют степень использования и методы управления общей оперативной памятью. Здесь очень часто могут формироваться множественные конф­ликты, требующие сложных процедур решения, что приводит к задерж­кам в вычислениях. Как таковые автономные ОС отдельных процессоров отсутствуют.

Для обеспечения эффективной работы многопроцессорных систем их операционные системы специализируют по следующим типовым методам взаимодействия процессоров:

• «ведущий-ведомый»;

• симметричная или однородная обработка во всех процессорах;

• раздельная независимая работа процессоров по обработке заданий. Выбор метода «ведущий - ведомый» в наибольшей степени соответству­ет ВС с централизованным управлением. Тут имеется определенная анало­гия с многомашинными системами, организованными по принципу «глав­ная ЭВМ - вспомогательная ЭВМ». Диспетчерские функции выполняются только одним процессором системы. Закрепление этих функций может быть фиксированным и плавающим. Для этого может выделяться специализиро­ванный процессор или обычный процессор универсального типа, переклю­чающийся и на выполнение вычислений.

Системы типа «ведущий - ведомый» отличаются довольно простым аппаратурным и программным обеспечением. Они должны получить рас­пространение в МРР-структурах, но следует иметь в виду, что длительное время планирования может быть причиной простоев ведомых вычислите­лей.

Симметричная или однородная обработка в матрице процессоров воз­можна при использовании однотипных процессорных элементов, каждый из которых имеет непосредственные связи по передаче данных с другими. В отличие от ОКМД-структур ранних выпусков, в которых синхронизиро­валось выполнение отдельных команд, в МРР-структурах симметричная обработка должна обеспечивать синхронизацию выполнения целых про­цессов. К сожалению, ни один из существующих языков программирова­ния не содержит эффективных средств управления параллельными вы­числениями. Такая система имеет большие достоинства. Она обладает существенно более высокой живучестью и сохраняет работоспособность при выходе из строя даже нескольких процессоров матрицы, так как здесь имеется более высокий уровень резервирования. В ней обеспечивается более полная загрузка процессоров с лучшим использованием их процес­сорного времени. Расход других общесистемных ресурсов также эффек­тивнее.

В связи с успехами микроэлектроники появилась возможность реализо­вывать эти структуры в виде сверхбольших интегральных схем (СБИС), что позволяет получить дополнительные преимущества:

• короткие соединительные линии между процессорными элементами. Это приводит к расширению полосы пропускания и уменьшению за­держек;

• регулярность структуры, позволяющая увеличивать плотность упаковки СБИС и упрощать ее разработку;

• высокую степень распараллеливания вычислений, что позволяет обес­печить высокую производительность,

Для управления процессом вычислений из однородной среды процессор­ных элементов выделяется один, играющий роль ведущего. Эти функции при необходимости могут передаваться от одного процессора к другому.

Раздельная или независимая работа вычислителей в многопроцессорных ВС осуществляется при параллельной обработке независимых заданий. Это позволяет получить максимальную производительность системы. Процеду­ры управления ею достаточно просты и уже апробированы в практических вариантах.

 

 

Контрольные вопросы

1. Каковы основные предпосылки появления и развития ВС?

2. По каким признакам классифицируются вычислительные системы?

3. Каковы принципиальные различия между многомашинными и много­процессорными ВС?

4. Какие принципы положены в основу классификации архитектур ВС?

5. Раскройте содержание понятия совместимости в ВС.

6. С какой целью используется несколько уровней комплексирования в ВС?

7. Какие преимущества обеспечивают системы массового параллелизма МРР перед другими типами ВС?

8. Какие типы ВС могут создаваться на базе ПЭВМ?

9. Каковы принципы организации вычислительного процесса в ВС?

 

 

Лекция 16. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ (ТВС)

§ 16.1. Общие сведения

Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) – этосеть обмена и распределенной обработки информации, образуе­мая множеством взаимосвязанных абонентских систем и сред­ствами связи; средства передачи и обработки информации ори­ентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратных, информационных, программных.

Абонентская система (AC) - это совокупность ЭВМ, програм­много обеспечения, периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети, выполняющих прикладные процессы.

Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная сис­тема (ТКС), представляет собой совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обес­печивающих взаимодействие АС.

Прикладной процесс - это различные процедуры ввода, хране­ния, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

С появлением ТВС удалось разрешить две очень важные проблемы: обес­печение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей незави­симо от их территориального расположения и возможность оперативного пе­ремещения больших массивов информации на любые расстояния, позволяю­щая своевременно получать данные для принятия тех или иных решений.

Для ТВС принципиальное значение имеют следующие обстоятельства:

• ЭВМ, находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей, связываются меж­ду собой автоматически (в этом заключается основная сущность про­текающих в сети процессов);

• каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в ав­тономном режиме под управлением своей операционной системы (ОС), так и для работы в качестве составного звена сети. ТВС могут работать в различных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации, пакетной обработки дан­ных по запросам пользователей с удаленных терминалов, в диалоговых ре­жимах.

По сравнению с адекватной по вычислительной мощности совокупнос­тью автономно работающих ЭВМ сеть имеет ряд преимуществ:

• обеспечение распределенной обработки данных и параллельной обработки многими ЭВМ;

• возможность создания распределенной базы данных (РБД), разме­щаемой в памяти различных ЭВМ;

• возможность обмена большими массивами информации между ЭВМ, удаленными друг от друга на значительные расстояния;

• коллективное использование дорогостоящих ресурсов: пакетов при­кладных программ (ППП), баз данных (БД), баз знаний (БЗ), запоминающих устройств (ЗУ), печатающих устройств (ПУ);

• предоставление большего перечня услуг, в том числе таких, как электронная почта (ЭП), телеконференции, электронные доски объявлений (ЭДО), дистанционное обучение;

• повышение эффективности использования средств вычислительной техники и информатики (СВТИ) за счет более интенсивной и равномерной их загрузки, а также надежности обслуживания запросов пользователей;

• возможность оперативного перераспределения вычислительных мощностей между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей, а также резервирования этих мощностей и средств передачи данных на случай выхода из строя отдельных элементов сети;

• сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию СВТИ (за счет коллективного их использования);

• облегчение работ по совершенствованию технических, программных и информационных средств.

Характеризуя возможности той или иной ТВС, следует оценивать ее ап­паратное, информационное и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение составляют ЭВМ различных типов, средства связи, оборудование абонентских систем, оборудование узлов связи, аппара­тура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различ­ных уровней. Основные требования к ЭВМ сетей - это универсальность, т.е. возможность выполнения практически неограниченного круга задач пользо­вателей, и модульность, обеспечивающая возможность изменения конфигу­рации ЭВМ. В сетях в зависимости от их назначения используются ЭВМ в широком диапазоне по своим характеристикам: от суперЭВМ до ПЭВМ. ЭВМ могут размещаться либо в непосредственной близости от пользователей (на­пример, ПЭВМ в составе абонентской системы, т.е. на рабочем месте пользо­вателя), либо в центре обработки информации (ЦОИ), который является звеном сети и к которому пользователи обращаются с запросами со своих АС.

Информационное обеспечение сети представляет собой единый инфор­мационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержа­щий массивы данных общего применения, доступные для всех пользовате­лей (абонентов) сети, и массивы индивидуального пользования, предназна­ченные для отдельных абонентов. В состав информационного обеспечения входят базы знаний, автоматизированные базы данных — локальные и рас­пределенные, общего и индивидуального назначения.

Программное обеспечение (ПО) вычислительных сетей отличается большим многообразием, как по своему составу, так и по выполняемым фун­кциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного дос­тупа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресур­сам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.

Выделяются следующие группы ПО сетей:

• общесетевое ПО, образуемое распределенной операционной системой (РОС) сети и программными средствами, входящими в состав комплекта программ технического обслуживания (КПТО) сети (это контролирующие тест-программы для контроля работоспособности элементов и звеньев сети и ее ТКС и диагностические тест-программы для локализации неисправностей в сети);

• специальное ПО, представленное прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами прикладных программ и прикладными программами сети, библиотеками стандартных программ, а также прикладными программами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации своих задач;

• базовое программное обеспечение ЭВМ абонентских систем, включающее операционные системы ЭВМ, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест-про­граммы.

Распределенная операционная система сети управляет работой сети во всех ее режимах, обеспечивает реализацию запросов пользователей, коорди­нирует функционирование звеньев сети. Она имеет иерархическую структу­ру, соответствующую стандартной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем. РОС представляет собой систему программных средств, реализующих процессы взаимодействия АС и объединенных общей архитек­турой и коммуникационными протоколами. Взаимодействие асинхронных па­раллельных процессов в сети, обеспечиваемое РОС, сопровождается приме­нением средств передачи сообщений между одновременно реализуемыми процессами и средств синхронизации этих процессов.

Набор управляющих и обслуживающих программ РОС обеспечивает:

• удовлетворение запросов пользователей по использованию общесетевых ресурсов, т.е. возможность доступа отдельных прикладных программ к ресурсам сети;

• организацию связи между отдельными прикладными программами комплекса пользовательских программ, реализуемыми в различных АС сети, т.е. возможность межпрограммных методов доступа;

• синхронизацию работы пользовательских программ при их одновремен­ном обращении к одному и тому же общесетевому ресурсу;

• удаленный ввод заданий с любой АС сети и их выполнение в любой другой АС сети в пакетном или оперативном режиме;

• обмен файлами между АС сети, доступ к файлам, хранимым в удаленных ЭВМ, и их обработку;

• передачу текстовых сообщений пользователям в порядке реализации функций службы электронной почты, телеконференций, электронных досок объявлений, дистанционного обучения;

• защиту информации и ресурсов сети от несанкционированного доступа, т.е. реализацию функций службы безопасности сети;

• выдачу справок, характеризующих состояние и использование аппаратных, информационных и программных ресурсов сети.

С помощью РОС осуществляется планирование использования общесе­тевых ресурсов: установление сроков и очередности получения и выдачи ин­формации пользователям, распределение решаемых задач по ЭВМ сети, рас­пределение информационных ресурсов для этих задач, присвоение приорите­тов задачам и выходным сообщениям, изменение конфигурации сети и т.д. В ТВС применяются различные методы планирования, которые классифициру­ются по ряду признаков, основные из них: качество решения задачи планиро­вания (по этому признаку различают методы, позволяющие получить опти­мальный в отношении выбранного критерия план, и методы составления при­ближенных планов), степень связанности решаемых задач (составление планов реализации связанных задач обычно сложнее, чем в случае несвязанных за­дач), степень адаптивности процесса планирования к возмущающим факто­рам, воздействующим на вычислительный процесс (методы адаптивного и неадаптивного планирования).

Кроме того, различают статическое и динамическое планирование. Ста­тическое планирование осуществляется заранее, до начала решения посту­пившей в систему к данному времени группы задач. Оно целесообразно, когда перечень задач стабилен и ограничен, для каждой задачи известны потребно­сти в ресурсах сети и частота решения, а надобность в выполнении этих задач возникает неоднократно. Затраты на статическое планирование могут быть большими, зато сами планы - оптимальными в заданном смысле.

Динамическое планирование производится в процессе функционирова­ния сети непосредственно перед началом решения групп задач. С поступле­нием в систему каждой новой задачи составленный план обычно корректиру­ется с учетом складывающейся ситуации по свободным и занятым ресур­сам сети, наличию очередей задач и т.д. Для динамического планирования, как правило, используются методы получения приближенных планов, что объясняется недостатком информации о характеристиках решаемых задач и ограниченностью ресурсов, выделяемых на цели планирования.

Основным показателем эффективности организации вычислительного процесса в сети, планирования использования общесетевых ресурсов явля­ется время решения комплекса задач.

Оперативное управление процессами удовлетворения запросов пользо­вателей и обработки информации с помощью РОС сети дает возможность организовать учет выполнения запросов и заданий, выдачу справок об их про­хождении в сети, сбор данных о выполняемых в сети работах.

Создание ТВС - сложная комплексная задача, требующая согласованного решения ряда вопросов: выбора рациональной структуры сети, соответствую­щей ее назначению и удовлетворяющей поставленным требованиям (опреде­ляются состав элементов и звеньев сети, их расположение, способы соедине­ния); выбора типа линий и каналов связи между звеньями сети и оценки их пропускной способности; обеспечения способности доступа пользователей к общесетевым ресурсам, в частности за счет оптимального решения задач маршрутизации; распределения аппаратных, информационных и программных ресурсов по звеньям сети; защиты информации, циркулирующей в сети, от не­санкционированного доступа и др. Все эти вопросы решаются с учетом требо­ваний, предъявляемых к сети по главным показателям: временным - для оцен­ки оперативности удовлетворения запросов пользователей; надежностным - для оценки надежности своевременного удовлетворения этих запросов; эконо­мическим - для оценки капитальных вложений на создание и внедрение сети, а также текущих затрат при эксплуатации и использовании.

§ 16.2. Классификация сетей

В основу классификации ТВС положены наиболее характерные функ­циональные, информационные и структурные признаки.

По степени территориальной рассредоточенности элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные (государственные). региональные и локальные вычислительные сети (ГВС, РВС и ЛВС).

По характеру реализуемых функций сети делятся на вычислитель­ные (основные функции таких сетей - обработка информации), информацион­ные (для получения справочных данных по запросам пользователей), инфор­мационно-вычислительные, или смешанные, в которых в определенном, не­постоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции.

По способу управления ТВС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов), децентрализован­ным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным уп­равлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы цен­трализованного и децентрализованного управления (например, под централи­зованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации сети делятся на сети с селек­цией информации и маршрутизацией информации. В сетях с селекцией ин­формации, строящихся на основе моноканала, взаимодействие АС производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. В сетях с маршрутизацией ин­формации для передачи кадров от отправителя к получателю может ис­пользоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникацион­ных систем сети решается задача выбора оптимального (например, крат­чайшего по времени доставки кадра адресату) маршрута.

По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией цепей (каналов), коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в кото­рых используются смешанные системы передачи данных.

По топологии, т.е. конфигурации элементов в ТВС, сети делятся на два класса: широковещательные (рис. 16.1) и последовательные (рис. 16.2). Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее рас­пространенной является произвольная (ячеистая топология). Нашли приме­нение также иерархическая конфигурация и «звезда».

В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентная система). Остальные PC сети могут принимать этот кадр, т.е. такие кон­фигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассив­ным центром. Главные достоинства ЛВС с общей шиной - простота рас­ширения сети, простота используемых методов управления, отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход ка­беля. ЛВС с топологией типа «дерево» - это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛВС с топологией типа «звезда» в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель -достаточно простые и надежные устройства. Для защиты от нарушений в кабеле используется центральное реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршру­тизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной PC к соседней, причем на различных участках сети могут использо­ваться разные виды физической передающей среды.

К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие тре­бования, чем в широковещательных конфигурациях. К последовательным конфигурациям относятся: произвольная (ячеистая), иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наибольшее распространение получили кольцо и звезда, а также смешанные конфигура­ции - звездно-кольцевая, звездно-шинная.

 

 

В ЛВС с кольцевой топологией сигналы передаются только в одном на­правлении, обычно против часовой стрелки. Каждая PC имеет память объе­мом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу каждая PC прини­мает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной PC, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замед­ляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяет­ся числом PC. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, который воспринимает его как кви­танцию - подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не со­вершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения.

Кольцевая структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля ра­ботоспособности моноканала.

В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключением кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать пе­редачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи - использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях; в дуплексных сетях - с помощью двух однонаправлен­ных кабелей; в широкополосных системах - применением различной несу­щей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.

Глобальные и региональные сети, как и локальные, в принципе могут быть однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совмес­тимые ЭВМ, и неоднородными (гетерогенными), включающими програм­мно-несовместимые ЭВМ. Однако, учитывая протяженность ГВС и РВС и большое количество используемых в них ЭВМ, такие сети чаще бывают неоднородными.

§ 16.3. Управление взаимодействием прикладных процессов

Реализация рассредоточенных и взаимодействующих процессов в сетях осуществляется на основе двух концепций, одна из которых устанавливает связи между процессами без функциональной среды между ними, а другая определяет связь только через функциональную среду. В первом случае пра­вильность понимания действий, происходящих в рамках соединяемых про­цессов взаимодействующих АС, обеспечивается соответствующими сред­ствами теледоступа в составе сетевых операционных систем (СОС). Одна­ко предусмотреть такие средства на все случаи соединения процессов нереально. Поэтому взаимодействующие процессы в сетях соединяются с помощью функциональной среды, обеспечивающей выполнение определен­ного свода правил - протоколов связи процессов. Обычно эти протоколы ре­ализуются с учетом принципа пакетной коммутации, в соответствии с кото­рым перед передачей сообщение разбивается на блоки - пакеты определен­ной длины. Каждый пакет представляет собой независимую единицу передачи информации, содержащую, кроме собственно данных, служебную информа­цию (адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информа­цию для контроля правильности принятых данных).

Практика создания и развития ТВС привела к необходимости разработки стандартов по всему комплексу вопросов организации сетевых систем. В 1978 г. Международная организация по стандартизации (МОС) предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ВОС), которая получила широкое распространение и признание. Она созда­ет основу для анализа существующих ТВС и определения новых сетей и стандартов.

В соответствии с эталонной моделью ВОС абонентская система пред­ставляется прикладными процессами и процессами взаимодействия АС (рис. 16.3). Последние разбиваются на семь функциональных уровней. Функ­ции и процедуры, выполняемые в рамках одного функционального уровня, составляют соответствующий уровневый протокол. Нумерация уровневых протоколов идет снизу вверх, а их названия указаны на рис. 16.3. Функци­ональные уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каж­дый уровень пользуется услугами нижнего уровня и, в свою очередь, об­служивает уровень, расположенный выше. Стандартизация распространя­ется на протоколы связи одноименных уровней взаимодействующих АС. Создание ТВС в соответствии с эталонной моделью ВОС открывает воз­можность использования сети ЭВМ различных классов и типов. Поэтому сеть, удовлетворяющая требованиям эталонной модели, называется от­крытой.

Функциональные уровни рассматриваются как составные независимые части процессов взаимодействия АС. Основные функции, реализуемые в рам­ках уровневых протоколов, состоят в следующем.

Физический уровень - непосредственно связан с каналом передачи дан­ных, обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. На этом уровне осуществляются установление, поддержка и расторжение соединения с физическим каналом, определение электрических и функциональных параметров взаимодействия ЭВМ с коммуникационной подсетью.

Канальный уровень - определяет правила совместного использования физического уровня узлами связи. Главные его функции: управление переда­чей данных по информационному каналу (генерация стартового сигнала и организация начала передачи информации, передача информации по каналу, проверка получаемой информации и исправление ошибок, отключение канала при его неисправности и восстановление передачи после ремонта, генерация сигнала окончания передачи и перевода канала в пассивное состояние) и управление доступом к передающей среде, т.е. реализация выбранного ме­тода доступа к общесетевым ресурсам. Физический и канальный уровни оп­ределяют характеристики физического канала и процедуру передачи по нему кадров, являющихся контейнерами, в которых транспортируются пакеты.

Сетевой уровень - реализует функции буферизации и маршрутизации, т.е. прокладывает путь между отправителем информации и адресатом через всю сеть. Основная задача сетевого протокола - прокладка в каждом физи­ческом канале совокупности логических каналов. Два пользователя, соеди­ненные логическим каналом, работают так, как будто только в их распоря­жении имеется физический канал.

Прикладные процессы	Уровневые протоколы	Прикладные процессы
		Прикладной	Управление прикладными процессами			Прикладной
	Представительный	Управление представле­нием данных		Представительный
	Сеансовый	Управление сеансами		Сеансовый
	Транспорт­ный	Управление графиком		Транспорт­ный
	Сетевой	Управление сетью		Сетевой
	Канальный	Управление информационным каналом		Канальный
	Физический	Управление физическим каналом		Физический
Передающая среда (коммуникационная подсеть)

Рис. 16.3. Семиуровневая модель протоколов взаимодействия открытых систем

Транспортный уровень - занимает центральное место в иерархии уров­ней сети. Он обеспечивает связь между коммуникационной подсетью и вер­хними тремя уровнями, отделяет пользователя от физических и функциональ­ных аспектов сети. Главная его задача - управление трафиком (данными пользователя) в сети. При этом выполняются такие функции, как деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней, на пакеты данных (при передаче информации) и формирование первоначальных сообщений из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни, исключая их потери или смещение (при приеме информации). Транспортный уровень есть граница, ниже которой пакет данных является единицей информации, управ­ляемой сетью. Выше этой границы в качестве единицы информации рассмат­ривается только сообщение. Транспортный уровень обеспечивает также сквоз­ную отчетность в сети.

Сеансовый уровень - предназначен для организации и управления се­ансами взаимодействия прикладных процессов пользователей (сеанс созда­ется по запросу процесса пользователя, переданному через прикладной и представительный уровни). Основные функции: управление очередностью передачи данных и их приоритетом, синхронизация отдельных событий, выбор формы диалога пользователей (полудуплексная, дуплексная пе­редача).

Представительный уровень (уровень представления данных) - пре­образует информацию к виду, который требуют прикладные процессы пользо­вателей (например, прием данных в коде ASCII и выдача их на экран дисп­лея в виде страницы текста с заданным числом и длиной строк). Предста­вительный уровень занимается синтаксисом данных. Выше этого уровня поля данных имеют явную смысловую форму, а ниже его поля рассматри­ваются как передаточный груз, и их смысловое значение не влияет на об­работку.

Прикладной уровень - занимается поддержкой прикладного процесса пользователя и имеет дело с семантикой данных. Он является границей между процессами сети и прикладными (пользовательскими) процессами. На этом уровне выполняются вычислительные, информационно-поисковые и справоч­ные работы, осуществляется логическое преобразование данных пользова­теля.

Канальный уровень для ЛВС разделен на два поду­ровня: подуровень управления логическим каналом (передача кадров между PC, включая исправление ошибок, диагностика работоспособности узлов сети) и подуровень управления доступом к передающей среде (реализация ал­горитма доступа к среде и адресация станций сети). Физический уровень для ЛВС делится на три подуровня: передачи физических сигналов, интерфейса с уст­ройством доступа и подключения к физической среде.

В ЛВС процедуры управления на физическом, канальном и транспорт­ном уровнях не отличаются сложностью, в связи с чем эти уровни управле­ния реализуются в основном техническими средствами, называемыми стан­циями локальной сети (СЛС) и адаптерами ЛВС. По существу адаптер вме­сте с физическим каналом образует информационный моноканал, к которому подключаются системы сети, выступающие в качестве абонентов моно­канала.

§ 16.4. Протоколы передачи данных нижнего уровня. Управление доступом к передающей среде

Существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями абонентских систем сети, реализующие при этом те или иные методы доступа к передающей среде. Эти процедуры называются прото­колами передачи данных (ППД). Речь идет о ППД, которые относятся к категории линейных (канальных) протоколов, или протоколов управления ка­налом. Такое название они получили потому, что управляют потоками тра­фика (данных пользователя) между станциями на одном физическом канале связи. Это также протоколы нижнего уровня, так как их реализация осуще­ствляется на нижних уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС.

Между понятиями «протокол передачи данных нижнего уровня» и «ме­тод доступа к передающей среде» существуют определенные различия и связь.

Метод доступа - это способ «захвата» передающей среды, способ оп­ределения того, какая из рабочих станций сети может следующей использо­вать ресурсы сети. Но, кроме того, так же называется набор правил (алго­ритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток со­общений через сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.

Протокол в общем виде - это набор правил для связи между рабочими станциями (компьютерами) сети, которые управляют форматом сообщений, временными интервалами, последовательностью работы и контролем оши­бок. Протокол передачи данных нижнего уровня (протокол управления кана­лом) - это совокупность процедур, выполняемых на нижних уровнях семи­уровневой эталонной модели ВОС по управлению потоками данных между рабочими станциями сети на одном физическом канале связи.

Методы доступа к передающей среде, определяющие правила ее «зах­вата», могут быть разделены на следующие к