АРХИТЕКТУРА ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

2.1 Понятие «открытая система»

Локальная сеть представляет собой совокупность программного обеспечения, вычислительного и коммуникационного оборудования. Взаимодействие столь сложного и разнородного по своему назначению оборудования, программных модулей характеризуется сложной внутренней организацией, свойственной распределенным информационным системам [1]. Ознакомление с принципами функционирования таких сложных систем можно осуществить на примере описания организации воздушных сообщений, структура которой включает в себя отделы продажи билетов, проверки багажа, обслуживающий персонал, пилотов, летную технику, диспетчерские службы и т.д. Один из способов описать такую организацию – это перечислить те действия, которые пассажир или сотрудник системы воздушных сообщений совершают при ее использовании. Например, пассажир заказывает билет, проходит багажный контроль, регистрируется и попадает на борт самолета. Затем он совершает перелет, достигает пункта назначения, снова регистрируется, получает багаж, и, если рейс был некомфортным, подает жалобу в отдел продажи билетов. Последовательность действий пассажира графически иллюстрирует рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Последовательность действий пассажира

при совершении полета

При рассмотрении этого примера можно увидеть аналогию с принципами функционирования ЛС. Действительно, пассажир путешествует на самолете от пункта отправления до пункта назначения, а пакет передается между узлами в сети от отправителя к получателю. Более глубокая аналогия заключена в последовательности, соподчиненности, т.е. в структуре действий.

В рассмотренном примере оба конечных действия пассажира обращены к отделу продажи билетов, второе и предпоследнее действие связаны с багажом и т.д. Структура действий является симметричной, где «осью симметрии» служит перелет. Таким образом, процесс путешествия на самолете можно представить в виде совокупностей горизонтальных уровней, составляющих многоуровневую структуру процесса перелета (рис. 2.1). Каждый выделенный уровень обладает собственной функциональностью, т.е. службами, предоставляющими услуги пассажирам.

Итак, многоуровневая структура позволяет детально оценивать элементы большой и сложной системы, что уже является ее значительным достоинством. Кроме того, с использованием многоуровневой структуры легче модифицировать функции системы – для этого лишь нужно внести изменения в соответствующий уровень, при этом структурно-функциональная организация системы останется прежней. Так, например, усовершенствование системы регистрации будет сведено к внутренним изменениям регистрационного уровня, что никак не отразится на ее функциях и не изменит структуру в целом.

Если вернуться к ЛС и рассмотреть организацию взаимодействия между устройствами в сети, то наиболее универсальным приемом решения такой задачи является декомпозиция, то есть разбиение одной сложной задачи на несколько простых задач-модулей.

Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу, и интерфейсов между ними. В результате достигается логическое упрощение задачи, а кроме того, появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы [4, 7, 8].

При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. Он заключается в следующем. Все множество модулей разбивают на уровни. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, сформировано таким образом, что для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы всех модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележащего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функции каждого уровня и интерфейсов между уровнями. Интерфейс определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему. В результате иерархической декомпозиции достигается относительная независимость уровней, а значит, и возможность их легкой замены.

Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две машины, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий». При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

На рис. 2.2 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

Рисунок 2.2 - Взаимодействие двух узлов

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизированных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, чисто программными средствами.

Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом — формально определенной процедурой и протоколом — программным модулем, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения, некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Таким образом, набор уровней и протоколов называется архитектурой сети [2]. Спецификация архитектуры должна содержать достаточно информации для написания программного обеспечения или создания аппаратуры для каждого уровня, чтобы они корректно выполняли требования протокола. Ни детали реализации, ни спецификации интерфейсов не являются частями архитектуры, т.к. они спрятаны внутри компьютера. При этом даже не требуется, чтобы интерфейсы на всех узлах сети были одинаковыми, лишь бы каждый узел сети правильно применял все протоколы.

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями [4, 6, 9].

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 особых характеристик. Понятно, что не всякая спецификация является стандартом. В свою очередь, 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.

Одним из важных требований при построении ЛС является то, чтобы ЛС являлись «открытыми системами».

Описание взаимосвязи открытых систем осуществляется с помощью модели взаимодействия открытых систем (ВОС), называемой моделью OSI (Open System Interconnection).