Концептуальная модель инфокоммуникационной сети

Информационная сеть (ИС) – это сложная техническая система, состо- ящая из территориально распределенных информационных узлов (подсистем обработки информации) и каналов передачи информации, соединяющих дан- ные узлы. В роли элементов инфокоммуникационных систем выступают ин- формационные и прикладные процессы.

Информационные процессы (ИП) представляют собой совокупность вза- имосвязанных процессов выявления, отбора, формирования информации, ее ввода в компьютерную систему, обработки, хранения и передачи.

Прикладные процессы (ПП) – это ИП в оконечных системах сети, выпол- няющие обработку информации для конкретной услуги связи или приложения. Так, пользователь, организуя запрос на предоставление той или иной услуги, активизирует в своей оконечной системе некоторый прикладной процесс.

Обобщенно функциональную архитектуру ИС можно представить в виде трехуровневой концептуальной модели (рис. 1.1):

• первый уровень (внутренний) описывает функции и правила взаимо- связи при передаче различных видов информации между территориально уда-

ленными абонентскими системами через физические каналы связи (передачи) и реализуется транспортной сетью;

• второй уровень (промежуточный) описывает функции и правила об- мена информацией в интересах взаимосвязи прикладных процессов различных

абонентских систем и реализуется инфокоммуникационной сетью (ИКС).

ИКС представляет собой единую инфраструктуру для обмена различны- ми видами информации в интересах пользователей ИС;

• третий уровень (внешний) образуется совокупностью прикладных процессов, размещенных в территориально удаленных абонентских системах.

Абонентские системы (терминалы, локальные сети) являются потребите- лями информации и выполняют ее содержательную обработку. Третий уровень,

 

дополняя первый и второй указанными функциями обработки информации, об- разует внешний облик инфокоммуникационной сети.

 

 

Абонентская система ПП

Информационная сеть

 

 

Инфокоммуникационная сеть

 

Транспортная сеть

 

Абонентская система

ПП

 

Сеть каналов связи (передачи)

 

 

ПП

Абонентская система

 

ПП

Абонентская система

 

 

Рис. 1.1. Концептуальная модель информационной сети

Кроме того, в реальности, между транспортной сетью и абонентскими си- стемами (АС) могут существовать достаточно большие расстояния, преодоле- ние которых является функцией сетей абонентского доступа (САД). САД можно рассматривать как дополнение к транспортной сети или как ее состав- ную часть (в последнем случае в составе транспортной сети различают маги- стральную сеть и САД).

Ядром представленной модели является ИКС, обеспечивающая взаимо- действие удаленных процессов.

Процесс – это динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки данных. В информационных сетях объектом может быть прикладной процесс, пользователь, клиент, сервер, функциональный блок (устройство либо программа, выполняющая определенную часть задачи), операционная система, абонентская система и т. д.

Процесс, как любой динамический объект, протекает во времени и состо- ит из этапов инициализации, выполнения и завершения. При этом процесс мо- жет порождаться пользователем, системой или другим процессом. Ввод и вы- вод данных, необходимых процессу, производятся в форме сообщений.

Сообщение – последовательность данных, имеющих законченное смыс- ловое значение.

Взаимодействие удаленных процессов сводится к обмену сообщениями. Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называ- ется сеансом (сессией).

 

1.2. Многоуровневый подход к построению архитектуры сети

Взаимодействие между удаленными процессами может быть представле- но в виде последовательности разнообразных и, как правило, многократных функциональных преобразований информационных сообщений в различных сетевых элементах из одной цифровой формы в другую и из одного вида физи- ческих (электрических) сигналов в другие.

Эта задача чрезвычайно сложна. Ее решение оказывается возможным лишь после предварительного разбиения требуемых функций на отдельные подфункции и создания их спецификаций и принципов их согласованного вза- имодействия. Результатом такого разбиения стали открытые многоуровневые модели, описывающие функционирование сети.

Основу многоуровневого подхода к построению ИС составляют четыре элемента, представленные на рис. 1.2.

Понятие открытости систем означает взаимное признание и поддержку соответствующих стандартов взаимосвязи и не связано с их конкретной реали- зацией и используемыми техническими и программными средствами.

Для различных телекоммуникационных сетей, создававшихся в разное время различными производителями, группирование указанных функциональ- ных преобразований неодинаково. Отличается также количество выделяемых этапов и функций процесса взаимосвязи, зачастую объединяемых в рамках той или иной функциональной архитектуры ИС (ИКС) в отдельные уровни или слои.

Рис. 1.2. Основные элементы многоуровневой модели и их соотношение с архитектурой ИС

Формальной процедуры выбора числа уровней не существует. Выбор производится эмпирическим путем на основе анализа различных вариантов ар- хитектуры ИКС, опыта разработки и эксплуатации ранее созданных сетей.

За каждым уровнем закрепляется фиксированная часть функций и в соот- ветствии с ними ему присваивается определенное название, отражающее его назначение. Уровни подстраховывают и проверяют работу друг друга.

 

Многоуровневая организация управления процессами в сети порождает необходимость модифицировать на каждом уровне передаваемые сообщения применительно к функциям, реализуемым на этом уровне.

Данные, передаваемые в форме сообщения, снабжаются заголовком (3) и концевиком (К) (рис. 1.3), в которых содержится информация, необходимая для обработки сообщения на соответствующем уровне: указатели типа сообщения, адреса отправителя, получателя, канала, порта и т. д.

Рис. 1.3. Вложенность протокольных блоков данных различных уровней

Средства управления нижнего уровня оперируют с данными, указанными в обрамлении, как с данными на конверте. При передаче на вышестоящий уро- вень сообщение «освобождается от конверта», в результате чего на следующем уровне обрабатывается очередной «конверт». Таким образом, каждый уровень управления оперирует не с самим сообщением, а только с «конвертами», в ко- торые «упаковано» сообщение, поэтому содержание сообщения, формируемого на верхних уровнях, никак не влияет на функционирование нижних уровней управления передачей.

Гибкость организации и простота реализации сетей достигается, в част- ности, за счет того, что обмен сообщениями (данными) допускается только между процессами одного уровня. Это означает, что прикладной процесс может взаимодействовать только с прикладным процессом, а процессы управления передачей сообщений на уровнях 1, 2,... – только с процессами одноименных уровней. Эта схема взаимодействия процессов, как и процедура обрамления со- общений, – необходимое условие логической независимости уровней организа- ции сети.

Процедура взаимодействия процессов на основе обмена сообщениями (данными) определяется протоколом. Протокол – это набор правил и соглаше- ний для передачи и приема сообщений между уровнями. Для взаимодействия процессов каждого уровня используются горизонтальные протоколы.

Поскольку процессы выполняются в различных территориально удален- ных системах, им присущи взаимная неопределенность состояния, связанная с отсутствием у каждого из них полной информации о состоянии другого про- цесса; отсутствие однозначной зависимости между событиями и действиями, выполняемыми при их наступлении. По этой причине может немотивированно

 

измениться состояние любого из процессов: пользователь может прекратить работу, прикладная программа перейти в состояние ожидания или завершиться из-за особой ситуации, возникшей при ее выполнении, и т. п. Нет полной га- рантии доставки сообщений. Сообщение может не достичь адресата, в резуль- тате чего процесс, пославший сообщение, может не получить необходимой ему ответной реакции. Эти факторы существенно увеличивают сложность протоко- лов.

При описании протокола принято выделять его логическую и процедур- ную характеристики.

Логическая характеристика протокола – это структура (формат) и со- держание (семантика) сообщений; задается перечислением типов сообщений и их смысла.

Правила выполнения действий, предписанных протоколом взаимодей- ствия, называются процедурной характеристикой протокола.

Таким образом, логика организации информационной сети в наибольшей степени определяется протоколами, устанавливающими как тип и структуру сообщений, так и процедуры их обработки – реакцию на входящие сообщения и генерацию собственных сообщений.

Число уровней управления и типы используемых протоколов определяют архитектуру сети.

В настоящее время существует ряд различных архитектур сетей, ставших

«де-факто» или «де-юре» международными открытыми (общепринятыми) стандартами. Примером наиболее известной и детально проработанной архи- тектуры является семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС), предложенная Международной организацией стандартов (МОС/ISO – International Standards Organization).