Типовые информационные процессы и их модели

 

Эталонная модель открытых систем

 

Базовые стандартные модели

 

Модель ISO OSI

 

Модель OSI (Open Systems Interconnection) является классическим приме­ром коммуникационной архитектуры. Она определяет семиуровневую модель взаимодействия вычислительных систем. Модель OSI — старейшая из моделей открытых систем.

Модель изложена в стандарте ISO 7498, состоящем из четырёх частей.

Архитектура OSI довольно абстрактна и охватывает очень широкий круг аспектов: общие принципы взаимодействия открытых систем, описание каждого из семи уровней, оборудование. Модель оперирует элементами архитектуры: системы, уровни, логические объекты, сервисы, протоколы, блоки данных, соединения - и определяет общие взаимоотношения между этими элементами.

Каждый уровень модели OSI (рис. 29) представляет собой группу взаимо­связанных функций обработки данных и связи между системами, которые могут быть выполнены стандартным образом с целью поддержки различных приложе­ний.

Рис. 29. Модель взаимосвязи открытых систем OSI

Каждый уровень обеспечивает хорошо определённый набор сервисов для вышележащего уровня и, в свою очередь, использует сервисы уровня, находяще­гося ниже его. Таким образом, процесс осуществления связи между системами разбивается на отдельные, легко управляемые блоки. Все вместе семь уровней обеспечивают коммуникационный сервис между оконечными пользователями (end-to-end). Изменения в протоколе любого уровня могут быть выполнены, не затрагивая соседних уровней.

Стандартизация взаимосвязи открытых систем проявляется в том, что на каждом уровне разрабатываются и утверждаются базовые стандарты двух видов:

определение сервиса уровня, которое в абстрактной форме описывает доступные извне услуги данного уровня;

спецификация протокола уровня, которая регламентирует взаимодейст­вие между равноправными объектами уровня, направленное на выполнение тре­буемого сервиса.

Верхние уровни модели связаны с логическими аспектами коммуникаций и ориентированы скорее на пользователей сети (обычно это — прикладные про­граммы), чем на саму инфраструктуру сети. Эти уровни включают механизмы для координации диалога между приложениями и для подготовки данных с целью обеспечения единой интерпретации их сторонами. Приложения могут иметь дос­туп к функциям этих уровней через соответствующие сервисы. Основные функ­ции верхних уровней — следующие:

Прикладной уровень (уровень 7) обеспечивает приложения необходимым высокоуровневым интерфейсом к нижележащим коммуникационным сервисам с целью обеспечения их связи с приложениями-партнёрами на других системах. К прикладному уровню также принято относить набор специализированных сервисов-приложений, таких как передача файлов, управление сообщениями, вирту­альный терминал, директориальный сервис и др. Этими сервисами могут, в свою очередь, пользоваться приложения конечного пользователя. Сами приложения пользователя считаются расположенными над прикладным уровнем.

Уровень представления данных (уровень 6) предназначен для согласова­ния синтаксиса и семантики данных для использования в процессе передачи дан­ных между системами.

Сеансовый уровень (уровень 5) обеспечивает сервисы координации диа­лога между системами: синхронизацию, полномочия, активности.

Нижние уровни обеспечивают транспортные функции сети: они ответст­венны за физические аспекты коммуникаций и доставку данных между оконеч­ными транспортными пользователями. Основные функции нижних уровней за­ключаются в следующем:

Транспортный уровень (уровень 4) обеспечивает надёжную и эффектив­ную доставку данных между любыми двумя абонентами потенциально ненадёж­ной сети передачи данных, независимо от характеристик и топологии сети.

Сетевой уровень (уровень 3) обеспечивает адресацию и маршрутизацию сообщений между системами, которые непосредственно не связаны друг с другом в сети. Модули данных на этом уровне обычно носят название "пакеты" или "дейтаграммы".

Уровень звена данных (уровень 2) связан с обменом неструктурирован­ными данными между смежными узлами сети. На этом уровне происходит обмен модулями данных — фреймами — и обеспечивается обнаружение и исправление ошибок передачи.

Физический уровень (уровень 1) предоставляет физическое соединение для передачи данных: среду распространения сигнала, интерфейсы, процедуры передачи сигналов по линии связи.

Уровни модели OSI можно сгруппировать в две категории, соответствую­щие понятиям "транспортный провайдер" (уровни 1 — 4) и "транспортный поль­зователь" (уровни 5 — 7).

Появление модели OSI послужило толчком к быстрому росту числа изде­лии и продуктов информационных технологий, согласующихся с концепцией от­крытых систем. Она стала основой разработки очень большого числа стандартов (как де-юре, так и де-факто), относящихся ко всем семи уровням этой модели. Однако они да­ют несколько «однобокий» взгляд на информационную систему: с точки зрения её коммуникационной инфраструктуры. В них не видны роль и функции опера­ционной системы. Кроме того, прикладной уровень профилей стал очень быстро «разрастаться», а простая семиуровневая модель оказалась неспособна описать всё многообразие компонентов этого уровня и соответствующих им стандартов.

 

2.1.1.2.МодельPOSIXOSE

 

Исторически модель POSIX развивалась от разработки интерфейса перено­симой операционной системы через разработку профилей операционных сред до формулировки модели полноценной среды открытых систем, которая и получила название OSE (Open Systems Environment). Она описана с точки зрения пользователя и является довольно простой, но ясно определяющей основные компоненты систем обработки данных и основные концепции формирования открытой среды. Главное пре­имущество этой модели состоит в том, что она позволяет легко классифициро­вать стандарты по открытым системам по двум категориям: либо как интерфейсы (форматы) и протоколы, либо как спецификации, относящиеся к переносимости или способности к взаимодействию.

Модель OSE не является уровневой (рис. 30) и определяет три категории логических объектов: прикладное ПО (Application Software — AS), платформу приложений (Application Platform — АР) и внешнюю среду (External Environment — ЕЕ) — и два типа интерфейсов между ними: интерфейсы прикладного про­граммирования (Application Programming Interface — API) и интерфейсы внешней среды (External Environment Interface — EEI).

Рис. 30. Модель POSIX OSE

Рассмотрим более подробно суще­ство каждого из этих понятий модели.

Прикладное ПО — это часть программного обеспечения системы, специ­фичная для конкретного применения пользователя. Она составляется из про­грамм (исполняемых модулей, командных файлов, интерпретируемых записей исходного кода и пр.), данных (рабочих данных пользователя, параметров при­ложений, установок среды экрана пользователя и пр.) и электронной документа­ции (электронных документов, справок помощи (on-line help) и пр., но бумажная документация сюда не включается).

Платформа приложений — это все остальные элементы системы обработ­ки данных, за исключением прикладного ПО: аппаратное обеспечение, операци­онная система и другие компоненты и подсистемы системного ПО. Приложения, требующие ресурсов платформы, запрашивают их путём вызова сервисов через API. Ресурсы, находящиеся вне платформы, запрашивают сервисы через EEI, и наоборот, EEI являются средствами, через которые сервисы достигают ресурсов внешней среды. Внутренняя структура платформы в модели OSE преднамеренно не рассматривается. Это связано с тем, что в научных и промышленных кругах не существует единого мнения о составе, структуре и взаимосвязях различных мо­дулей платформы.

Внешняя среда — это все компоненты информационной системы, находя­щиеся за пределами данной системы обработки данных: пользователи, коммуни­кационные каналы и средства связи, сменные носители данных, устройства ввода /вывода. Интерфейс между АР и ЕЕ включает форматы данных, интерфейсы и протоколы. По отношению к отдельно взятой вычислительной системе все дру­гие вычислительные системы также выступают как объекты внешней среды.

Модель POSIX OSE определяет распределённую среду как множество платформ приложений, которые могут взаимодействовать посредством коммуни­кационных механизмов, внешних по отношению к платформам. Когда приложе­нию необходимо связаться с другим приложением на другой прикладной плат­форме, приложение подаёт запросы к своей локальной платформе через API. Так как АР взаимодействуют через коммуникационный интерфейс EEI, локальная АР транслирует эти запросы в соответствующие действия через EEI. OSE также оп­ределяет однородный набор стандартных сервисов, предоставляемых пользова­телям платформ, в соответствии с требованиями спецификаций POSIX о перено­симости и способности к взаимодействию. Данная модель делает попытку опи­сать более полный подход к совместимости вычислительных систем, чем подход, основанный на многоуровневых архитектурах типа модели OSI.

Модель принята в качестве международного стандарта ISO/IEC TR 14252:1996 — Information technology - Guide to the POSIX Open System Environment (OSE).

Важное значение модели OSE состоит также в том, что она, очень удачно сформулировав основы концепции открытых систем, явилась базой для создания многих последующих моделей открытых систем.

 

Модели сред открытых систем

 

Если вычислительные системы полностью соответствуют спецификации POSIX 1003.1, это ещё не означает, что они образуют полноценную среду откры­тых систем с адекватным набором сервисов и интерфейсов, которая может слу­жить готовой базой для построения решений для потребителя. Модели сред открытых систем обращаются к проблеме построения открытой системы в ком­плексе. Примерами моделей, которые специфицируют полную среду открытых систем, являются модель САЕ (Common Application Environment) организации Х/Ореn и модель AES (Application Environment Specification) организации OSF.

По сути дела модели сред открытых систем являются профилями вычисли­тельных платформ, претендующих на наименование «открытой системы». Каж­дая из моделей определяет набор общих сервисов и средств управления ресурса­ми для платформ и специфицирует стандарты, которым они должны следовать для того, чтобы соответствовать профилю открытой системы.

Модель САЕ (рис. 31) описана в документе XPG, разрабатывавшемся организацией Х/Ореn с 1984 г. Первая версия документа (XPG3) появилась в 1989 г., вторая версия (XPG4) — в 1992 г., последняя редакция документа— XPG5. Графическое изображение модели достаточно условно и схематично, ос­новную часть документа составляют спецификации. Впоследствии модель САЕ и спецификации XPG стали частью большого проекта организации The Open Group по выработке единой стандартной спецификации для всех операционных систем семейства UNIX и критериев оценки на соответствие ОС этим спецификациям (т.е. оценки того, является ли ОС «настоящей UNIX» или нет), который получил название Single UNIX.

Рис. 31. Модель САЕ.

Модель AES первоначально преимущественно была связана с определе­нием среды, поддерживающей переносимость приложений. Модель идентифицирует внутри среды открытых систем шесть функциональных областей: операци­онные системы, сервисы среды пользователя, сетевые сервисы, сервисы графики, сервисы управления базами данных, языки программирования. Чтобы соответст­вовать спецификациям AES, система должна иметь интерфейсы, перечисленные в информационной базе модели.

Модели XPG и AES не являются конкурирующими, хотя их содержание во многом идентично. Позднее модель AES фактически стала рассматриваться поч­ти как подмножество спецификаций XPG.