Захаров_ССПИ

Рис. 10. Циклическая подсеть на основе простого кольца

Рис. 11. Циклическое кольцо с центральным коммутатором

Устранить этот недостаток удалось путём разработки топологии двойного циклического кольца, представленной на рис. 12. Засчётиспользованиявторогокольцаудалосьувеличитьнетоль-

11

ко скорость передачи в коммуникационной подсети в два раза за счёт одновременной передачи информации по обоим кольцам в противоположных направлениях, но и «живучесть» подсети за счёт возможности переконфигурирования сети в случае аварий на любом участке или в узле доступа. В этом случае в узлах доступа станций, соседних с аварийным сегментом сети, производится его отключение путём соединения прямого и обратного колец. Двойное кольцо в этом случае превращается в простое циклическое, но коммуникационная подсеть продолжает свою работу уже без аварийного сегмента.

Рис. 12. Топология двойного циклического кольца

Топология двойного циклического кольца была использована при построении первой высокоскоростной магистральной сети на основе волоконно-оптических линий связи, работавшей со скоростью передачи 125 Мбит/с и получившей название Fiber Distributed Digital Interface (FDDI) – оптический цифровой рас-

пределённый интерфейс.

В коммуникационных подсетях с маршрутизацией информации передача данных осуществляется от одной абонентской системы-отправителя к другой – получателю. Для доставки ин-

12

формации используются узлы коммутации, поэтому сеть называют узловой. В узлах коммутации осуществляется обработка адресов назначения блоков данных, т. е. происходит их маршрутизация – прокладка через коммуникационную подсеть трактов, связывающих абонентские системы. Наиболее типичными примерами таких подсетей являются телефонные сети связи общего пользования и сеть Internet.

Узловые подсети

Моноканальныеициклическиесетиимеютобщиеканалы,ккоторым подключаются все абонентские системы сети. Узловые сети коренным образом отличаются от них, т. к. содержат множество различных каналов, соединяющих узлы коммутации и абонентские системы(рис.13).Всеиспользуемыеканалыделятсянадвегруппы:

•магистральный – канал, соединяющий два узла;

•абонентский – канал, связывающий узел с абонентской системой.

Классическим примером узловой подсети является телефонная сеть общего пользования (ТФОП). Каналы в такой узловой подсети могут быть аналоговыми либо дискретными. Аналоговые каналы в настоящее время являются основным типом абонентских каналов в телефонных сетях общего пользования, узлы коммутации которой (автоматические телефонные станции – АТС) соединяются между собой цифровыми магистральными каналами. В сетях мобильной радиотелефонной связи второго поколения и выше уже и абонентские каналы, так же как и магистральные, являются цифровыми. Узловой подсетью является и сеть Internet.

Пользователи узловой подсети не видят магистральных каналов, их интересуют в первую очередь абонентские, доступ к которым производится в точках подключения посредством абонентского интерфейса. Число абонентских интерфейсов в точках соединения абонентских систем с подсетью определяет «интеллектуальность» подсети.

13

Рис. 13. Структура узловой подсети: Здесь А, Б, В,Г, Д, Е, З – абонентские системы,

1, 2, 3, 4 – узлы коммутации

Многоуровневая архитектура сетей

В течение двух последних десятилетий наблюдался значительный рост глобальных сетей. Убедившись, что использование сетевых технологий сулит существенную экономию денежных средств и повышение производительности труда, крупные организации стали уделять особое внимание этому направлению. Новые технологии и продуктывнедрялись сразу после их появления, и поэтому многие сети были сформированы с использованием аппаратных и программных средств различных производителей. Вследствие этого многие сети оказались несовместимыми, и стало сложным организовывать обмен информацией между компьютерами, использующими различные сетевые спецификации.

Для решения проблемы совместимости Международная ор-

ганизация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) исследовала существующие схемы сетей. В ре-

14

зультате исследования была признана необходимость в создании международного стандарта, который помог бы поставщикам создавать совместимые сети. И в 1984 году ISO выпустила в свет эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI).

Архитектура сети подразумевает представление её в виде системывзаимосвязанныхэлементов,каждыйизкоторыхвыполняет набор определённых частных функций, при этом все элементы совместно решают общую задачу организации взаимодействия абонентских систем. Таким образом, архитектура сети отражает разбиение общей задачи на отдельные подзадачи, которые решаются различными элементами сети. Достижением в стандартизации архитектуры информационных сетей стала разработанная в начале 1980-х годов рядом международных организаций по стандарти-

зации – ISO (International Organization for Standardization), ITU-T

и некоторых других – модель, которая сыграла значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью ISO OSI (Open System Interconnection). Модель OSI является международ-

ным стандартом ISO-7498 и определяет способ разбиения задачи взаимодействия «по вертикали». Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной моделью взаимодействия между компьютерами. Несмотря на то что были разработаны и другие архитектурные модели, большинство поставщиков сетей, желая сказать пользователям, что их продукты совместимы и способны работать с разными производимыми в мире сетевыми технологиями, ссылаются на их соответствие эталонной модели OSI.

Модель OSI, как следует из ее названия (Open System Interconnection), описывает взаимосвязи открытых систем. Что же такое открытая система? В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, операционная система, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), построенная в соответствии с открытыми спецификациями. Напомним, что под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и

15

особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом.

Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или программные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей. Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом. Как правило, даже в системах, называемых открытыми, этому определению соответствуют лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. Например, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Еще одним примером частичной открытости является применение в достаточно закрытой операционной системе Novell NetWare открытого интерфейса Open Driver Interface (ODI) для включения в систему драйверов сетевых адаптеров производства независимых компаний. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем более открытой она является.

Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообщений. Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

• возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

16

•возможность безболезненной замены одних компонентов сети другими, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

•возможность легкого сопряжения одной сети с другой;

•простота освоения и обслуживания сети.

Ярким примером открытой системы является сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов-пользователей из различных университетов, научных организаций и фирм – производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в разных странах. Само название стандартов, определяющих работу Internet, – Request For Comments (RFC, что можно перевести как«запроснакомментарии»)–говоритоботкрытомхарактерепри- нимаемых стандартов. В результате сеть Internet объединила в себе разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного количества сетей, разбросанных по всему миру.

Одним из важных и неотъемлемых свойств информационных сетей является их модульность, проявляющаяся не только в многоуровневом представлении коммуникационных протоколов в конечных узлах сети, хотя это, безусловно, важная и принципиальная особенность сетевой архитектуры, но и в её структуре. Сеть состоит из огромного числа различных модулей – компьютеров, сетевых адаптеров, мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, модемов, операционных систем и модулей приложений. Эти продукты отличаются не только основными функциями (имеются в виду функции, выполняемые, например, повторителями, коммутаторами или программными редиректорами), но и многочисленными вспомогательными функциями, предоставляющими пользователям или администраторам дополнительные удобства, такие как автоматизированное конфигурирование параметров устройства, автоматическое обнаружение и устранение некоторых неисправностей, возможность программного изменения связей в сети и т. п. Разнообразие увеличивается также и потому, чтомногиеустройстваипрограммыотличаютсясочетаниямитех или иных основных и дополнительных функций – существуют,

17

например, устройства, объединяющие в себе основные возможности коммутаторов и маршрутизаторов, к которым добавляется еще и набор некоторых дополнительных функций, характерный только для данного продукта.

Врезультате не существует компаний, которые смогли бы обеспечить производство полного набора всех типов и подтипов оборудования и программного обеспечения, необходимого для построения сети. Но, так как все компоненты сети должны работать согласованно, потребовалось принимать многочисленные стандарты, которые если не во всех, то хотя бы в большинстве случаев, гарантировали бы совместимость оборудования и программ различных фирм-изготовителей.

Таким образом, понятия «модульность» и «стандартизация» в сетях неразрывно связаны, и модульный подход только тогда дает преимущества, когда он сопровождается следованием стандартам.

Врезультате открытый характер стандартов и спецификаций важен не только для коммуникационных протоколов, но и для всех многочисленных функций разнообразных устройств и программ, выпускаемых для построения сети. Нужно отметить, что большинство принимаемых сегодня стандартов носит открытый характер. Время закрытых систем, точные спецификации на которые были известны только фирме-производителю, прошло. Стало очевидно, что возможность взаимодействия с продуктами конкурентов не снижает, а, наоборот, повышает ценность изделия, так как его можно применить в большем количестве работающих сетей, построенных на основе продуктов разных изготовителей. Поэтому даже компании, ранее выпускавшие весьма закрытые системы, такие как IBM, Novell или Microsoft, сегодня активно участвуют в разработке открытых стандартов и применяют их в своих продуктах.

Базовая эталонная модель OSI

Базовая эталонная модель OSI составляет теоретическую основу построения современных информационных сетей и описывает организацию взаимодействия прикладных процессов, расположенных в различных абонентских системах сети. Систе-

18

му, удовлетворяющую требованиям стандарта ISO, называют

открытой. Под взаимодействием открытых систем понимают абстрактное описание совместного функционирования прикладных процессов, расположенных в различных, удалённых друг от друга открытых системах сети.

Модель OSI представляет область взаимодействия открытых систем в виде набора уровней, каждый из которых является слоем иерархического логического описания функционирования области взаимодействия. Полное описание этой модели занимает более 1000 страниц текста. Появление именно такой структуры модели было обусловлено следующими соображениями:

•уровень должен создаваться по мере необходимости отдельного уровня абстракции;

•каждый уровень должен выполнять строго определённые функции;

•границы между уровнями должны выбираться так, чтобы поток данных между ними был минимальным;

•количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы различные функции не объединялись в одном уровне без необходимости, но не настолько, чтобы архитектура не становилась громоздкой.

Модель взаимодействия открытых систем OSI определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель OSI определяет 7 уровней области взаимодействия (рис. 14): прикладной, уровень представления, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Каждый уровень реализует отдельные функции взаимодействия абонентских систем.

Любой уровень состоит из активных элементов – объектов. Объекты одного и того же уровня, расположенные в различных абонентских системах, связываются друг с другом посредством соединений, которые создаются расположенными ниже уровнями области взаимодействия и коммуникационной подсетью (рис. 15).

ОсновойбазовойэталонноймоделиOSIявляются4элемента:

– открытые системы;

19

–объекты уровня;

–соединения, связывающие объекты и позволяющие им обмениваться информацией;

–физические средства соединений.

Прикладные процессы

Коммуникационная подсеть (физические средства соединения)

Рис. 14. Модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI

ISO определяет структуру и функции области взаимодействия открытых систем. На прикладные процессы и коммуникационную подсеть стандарты ISO нераспространяются. Физический уровень может взаимодействовать лишь с определённым видом коммуникационной подсети, поэтому он предъявляет

кней соответствующие требования.

Всоответствии с разбиением на уровни область взаимодействия рассматривается как совокупность упорядоченного набора расположенных друг над другом логических подсистем. Подсистемы одного и того же уровня образуют подуровень информационной сети. Смежные подсистемы связаны друг с другом через их общий интерфейс.

20