Модель построения информационной сети

2.1. СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ СЕТЕЙ

В силу наличия различий, порою весьма заметных, сформировавшихся в рамках разных научных направлений и школ, занимающихся теорией и практикой построения информационных сетей, трактовки многих понятий могут отличаться, подчас вступая в известные противоречия, иногда принципиальные.

В этом плане понятие «архитектура информационной сети», к сожалению, тоже не является исключением. Так, большинство технических справочников и словарей описывают ее как «концепцию, определяющую основные элементы информационной сети, характер и топологию взаимодействия этих элементов и представляющую логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств сети» [1].

В [4] предложено отдельно выделить в понятии «архитектура ИС» ещё и программную структуру сети, отражающую состав компонент сетевого программного обеспечения (ПО) и связи между ними.

Иной взгляд на это понятие изложен в [2], где автор полагает, что «архитектура ИС, абстрагируясь от конкретной физической реализации эле­ментов сети и конкретной физической структуры, обобщает информационную, ло­гическую, маршрутную структуры, определяет модель ИС, основные компоненты этой модели и функции выполняемые ими». То есть в этом случае из понятия «архитектура ИС» исключается физическая структура сети, но оно дополняется информационной и маршрутной структурами.

Физическую струк­туру ИС определяет совокупность информацион­ных узлов сети и соединяющих их физических каналов передачи информации. Физическая структура сети характеризует физическую организацию техниче­ских средств ИС. Она описывает множество пространственно распре­деленных информационных подсистем (узлов), реализующих ту или иную совокуп­ность информационных процессов [1] и оснащенных программно-аппаратными средст­вами их реализации, соединенных физическими каналами передачи информации (каналами связи), обеспечивающими взаимодействие этих подсистем.

Логическая структура ИС определяется множеством типов информационных процессов, реализуемых сетью, функциональными возможностями этих процессов по обработке и обмену информацией, правилами обмена и обработки информации, форматами её представления [2]. Логическая структура описывает принципы построения ИС, состав и типы реализуемых в ней информационных процессов; распределение их по элементам ИС; порядок и правила взаимо­действия информационных процессов при обработке и обмене информацией, используемые при этом правила взаимосвязи (протоколы) и формы представления информации (форматы).

Программная структура ИС во многом определяется ее логической структурой, функциями, реализуемыми элементами сети. С другой стороны, связи между компонентами сетевого ПО во многом зависят от физической структуры сети. Программная структура ИС имеет многоуровневую иерархическую организацию, обусловленную необходимостью минимизации затрат на модификацию сетевого ПО в случае изменения состава сетевого оборудования. Кроме того, любые возможные изменения физической структуры ИС не должны влиять на работу приложений пользователей, использующих сетевые ресурсы.

Поскольку в рамках настоящего пособия будем придерживаться первого, более распространенного, варианта трактовки понятия «архитектура ИС», понятия «информационная» и «маршрутная» структуры сети здесь не рассматриваются. С ними подробно можно ознакомиться в [2].

Наряду с понятием «архитектура ИС» отдельно определяют понятие «функцио­нальной архитектуры сети» как части обшей архитектуры, которая для конкретной модели в целом и ее компонент в частности, определяет их функциональную наполненность и принципы функционирования.

2.2. МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПОДХОД К ОРГАНИЗАЦИИ СЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Организация взаимодействия пользователей в ходе решения прикладных задач (выполнения приложений) в сети является комплексной проблемой. Для решения подобных проблем (задач) довольно часто используется универсальный прием – декомпозиция, то есть разбиение сложной задачи на несколько простых задач- модулей [5]. Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и установление связей между ними (организацию интерфейсов). В результате, с одной стороны, достигается логическое упрощение задачи, а с другой – появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы.

В ходе декомпозиции часто используют многоуровневый подход, заключающийся в том, что всё множество модулей разбивают на несколько уровней. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, организовано так, что при выполнении «своих» задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функций модулей каждого уровня и организации интерфейсов между уровнями. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность модификации или замены отдельных модулей без изменения системы в целом.

Средства сетевого взаимодействия также могут быть представлены в виде иерархически организованного множества модулей. При этом модули нижнего уровня могут, например, решать вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигналов между соседними узлами. Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня. А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам – файловой, почтовой, печати и др. Такое разбиение на уровни – лишь один из множества возможных вариантов декомпозиции общей задачи организации сетевого взаимодействия на частные подзадачи.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют два узла, причем, в общем случае, с разными аппаратно-программными платформами. В таком случае необходимо организовать согласованную работу двух иерархических систем. Для сетевого обмена сообщениями оба его участника должны принять множество соглашений. В том числе, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов; способ кодирования сообщений и способ определения их длины; договориться о методах контроля достоверности и т.п. Иными словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи сигналов, кодирующих биты, до самого высокого, реализующего тот или иной сервис для пользователей сети.

На рис.2.1 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены тремя уровнями. Процедура взаимодействия этих узлов описывается набором правил взаимодействия каждой пары одинаковых уровней узлов-участников информационного обмена, то есть протоколом [2].

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемых некоторым уровнем соседнему уровню этого же узла.

В терминологии сетевого взаимодействия понятия «протокол» и «интерфейс», по сути, отражают одно и то же, но для разных областей действия, традиционно закрепленных за ними в сетях: протоколы устанавливают правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле [5].

Средства каждого уровня реализуют, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Иерархически организованный набор протоколов, обеспечивающий организацию взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы реализуются как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней обычно реализуются комбинацией аппаратных и программных (в том числе, драйверы устройств) средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами.

Протокол может иметь несколько возможных программных реализаций. При сравнении протоколов, реализующих одинаковые или схожие функции, учитывается не только логика их работы, но и качество программных решений. На эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо организованы интерфейсы между ними.

Сетевые протоколы реализуются не только компьютерами узлов, но и коммуникационными устройствами – коммутаторами, маршрутизаторами и т.п., поскольку, как правило, связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различное коммуникационное оборудование. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроены средства, реализующие тот или иной набор протоколов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Служба тематических толковых словарей «Glossary Commander». (http://www.glossary.ru).

2. Жигадло В.Э. Архитектура телекоммуникационных сетей. – СПб: Военный университет связи, 1999. – 388 с., ил.

3. -

4. Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. – 608 с., ил.

5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.
– СПб: Изд-во «Питер», 2007. – 960 с., ил.

[1] Информационный процесс – последовательность действий (операций), производимых над информацией для достижения поставленной цели или получения какого-либо иного результата.

[2] Протокол – Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне в разных взаимодействующих узлах [5].