Системи с отворена архитектура. Принципи на изграждане. Видове софтуерна архитектура на мрежови информационни системи. Методологични основи на отворените системи

Работата на мрежата е да прехвърля данни от един компютър на друг. В този процес има няколко различни задачи:

· Разпознаване на данни (избиране на данни за прехвърляне от файловата система);

· Разделяне на данни в управляеми блокове (съобщение в пакети);

· Добавете информация към всеки блок (адрес на източника, адрес на местоназначение, информация за синхронизация и информация за проверка на грешки);

· Поставете данни в мрежата и ги изпратете на посочения адрес.

Мрежовата операционна система следва строг набор от процедури, когато изпълнява всички задачи. Тези процедури се наричат ​​протоколи или правила за поведение. Протоколите управляват всяка мрежова операция. Стандартните протоколи позволяват софтуер и хардуер различни производителивзаимодействат нормално.

Моделът OSI (референтен модел за взаимодействие на отворена система) е набор от стандартни протоколи. Създаден е на базата на технически предложения Международен институт ISO стандарти през 1984 г

Архитектура на модела

В модела OSI мрежафункциите са разпределени между седем нива. Всеки слой е свързан с различни мрежови операции, оборудване и протоколи.

Таблица 9.1.

Модел мрежова архитектура

На всяко ниво се изпълняват определени мрежови функции, които взаимодействат с функциите на съседните нива, по-високи и по-ниски. Например транспортният слой трябва да комуникира само със сесийния и мрежовия слой.

Долни слоеве – Физическата връзка и връзката за данни дефинират физическата среда за предаване и свързаните задачи (като прехвърляне на битове данни през платката мрежов адаптери кабел). Най-горните слоеве определят как приложенията имат достъп до комуникационни услуги. Колкото по-високо е нивото, толкова повече трудна задачатой решава.

Взаимодействие на слоевете на OSI модела

Задачата на всяко ниво е да предоставя услуги на по-високото ниво, като „маскира“ детайлите на изпълнението на тези услуги. В този случай всяко ниво на един компютър работи така, сякаш е директно свързано със същото ниво на друг компютър. Тази логическа или виртуална връзка между идентични нива е показана на фиг. 9.9. В действителност обаче комуникацията се осъществява между съседни нива на един компютър - софтуер, работещ на всеки слой, изпълнява специфични мрежови функции в съответствие с набор от протоколи.

Обменът на данни в комуникационните системи се осъществява чрез преместването им от горното ниво към долното, след това транспортирането им и накрая възпроизвеждането им на компютъра на клиента в резултат на преминаване от долното ниво към горното (виж фиг. 9.9). ).

Фиг.9.9 Взаимодействие на нивата на мрежовия модел

Нека разгледаме този процес по-подробно. Оставете приложението да отправи заявка към приложния слой, например към файлова услуга. Въз основа на тази заявка софтуерът на ниво приложение генерира съобщение в стандартен формат. Редовно съобщениесе състои от заглавка и поле за данни. Заглавката съдържа служебна информация, която трябва да бъде предадена през мрежата на приложния слой на целевата машина, за да му каже каква работа трябва да бъде извършена (заглавката трябва да съдържа информация за местоположението на файла и типа операция, която се нуждае да се извършва върху него). Приложният слой препраща съобщението надолу по стека към представителния слой.

Протоколът на представителния слой, въз основа на информацията, получена от заглавката на приложния слой, извършва необходимите действия и добавя своя собствена служебна информация към съобщението - заглавката на представителния слой, която съдържа инструкции за протокола на представителния слой на машината получател.

Накрая съобщението достига до физическия слой, който го предава по комуникационни линии до машината на получателя. В този момент съобщението е „обрасло“ със заглавия от всички нива. Когато съобщение пристигне по мрежата на целевата машина, то се получава от физическия слой и последователно се придвижва нагоре от слой на слой. Всяко ниво анализира и обработва заглавката на своето ниво, изпълнява функции, съответстващи на това ниво, след което премахва тази заглавка и предава съобщението на по-високото ниво.

Приложен слой

Това е прозорец за процесите на приложението за достъп до мрежови услуги. Този слой предоставя услуги, които директно поддържат потребителски приложения, като софтуер за прехвърляне на файлове, достъп до база данни и имейл. Единицата данни на това ниво е съобщение. Следните протоколи работят на това ниво: FTP ( Прехвърляне на файлПротокол – протокол за прехвърляне на файлове), HTTP (хипертекст Протокол за предаване– протокол за трансфер на хипертекст), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – протокол за трансфер електронна поща), Telnet (протокол за емулация на терминал) и др.

Изпълнително ниво

Определя формата, използван за обмен на данни между мрежови компютри. Това ниво може да се нарече преводач. На изпращащия компютър данните, получени от приложния слой, се превеждат в общоприет междинен формат на този слой. На получаващия компютър на това ниво се извършва превод от междинния формат към този, използван от приложния слой на този компютър. Представителното ниво е отговорно за преобразуването на протоколи, предаването на данни, криптирането им, промяната или преобразуването на използвания набор от знаци (кодова таблица) и управлява компресирането на данни за намаляване на предаваните битове.

Сесиен слой

Това нивопозволява две приложения за различни компютриустановяване, използване и прекратяване на връзка, наречена сесия. Сесийният слой осигурява синхронизация между потребителските задачи чрез поставяне на контролни точки в потока от данни. Така, в случай мрежова грешка, само данните след последната контролна точка ще трябва да бъдат препредадени. На това ниво се управлява диалогът между взаимодействащите си процеси, т.е. урежда се коя страна извършва превода, кога, за колко време и т.н. на практика функциите на това ниво обикновено се комбинират с ниво на приложениеи реализирани в един протокол.

Транспортен слой

На транспортния слой съобщенията, пристигащи от горни нива, се преопаковат: дългите се разделят на няколко пакета, а късите се комбинират в един. Това повишава ефективността на предаването на пакети по мрежата. По пътя на предаване пакетите могат да бъдат изкривени/загубени, така че транспортният слой осигурява на горните слоеве (сесия и приложение) необходимото ниво на надеждност.

Моделът OSI предоставя няколко класа услуги, предоставяни от транспортния слой, които се различават по качеството на услугите:

1) спешност на прехвърлянето;

2) способност за възстановяване на прекъсната комуникация;

3) способност за откриване и коригиране на грешки;

4) способността да се определи загубата или дублирането на пакети.

На това ниво има два протокола UPD и TCP, които реализират различни режимипакетна доставка.

UPD протокол(Протокол за потребителска дейтаграма) се използва в случаите, когато проблемът за надежден обмен на данни или изобщо не е поставен, или се решава с помощта на повече високо ниво(услуги за системни приложения или потребителски приложения).

TCP протокол(Transmission Control Protocol - протокол за установяване на връзка) осигурява гарантирана доставка на пакети. Протоколът установява логическа връзка между абонатните компютри, което му позволява да номерира пакети, да потвърждава получаването им с разписки, да организира повторно предаване в случай на загуба, да разпознава и унищожава дубликати.

Мрежов слой

Мрежовият слой служи за формиране на единна транспортна система, която комбинира няколко мрежи, евентуално различни технологии. Вътре в локалната мрежа се използва адресиране на ниво връзка - mac - адресиране; такова адресиране не е подходящо за предаване на пакети между мрежите. Задължително нова системаадресиране – структуриран IP – адрес, в който се разграничават поне 2 части (номер на мрежата и номер на възел в тази мрежа). По този начин, на ниво мрежа, терминът „мрежа“ е колекция от работни станции, свързани чрез стандартна технология и използвайки един от протоколите на слоя за връзка. Това е колекция от компютри с еднакъв мрежов номер.

Мрежите са свързани една с друга с помощта на рутери, които работят с IP адреси. За да се предаде пакет от една мрежа към друга, е необходимо да се извършат няколко транзитни предавания през други мрежи, т.е. изпълнете няколко „подскока“ (хоп – скок).

Преди да предаде данни, всеки рутер изгражда таблица за маршрутизиране, която указва как да препрати пакета към всяка целева мрежа. За да направи това, рутерът обменя данни с други рутери, така че всеки рутер завършва със структура от връзки в мрежата, от която може да избира маршрути. При избора на маршрути се използват критериите, посочени в IP хедъра на пакета.

Други задачи на мрежовия слой:

1) координиране на различни технологии (пакетно излъчване);

2) преобразуване на IP адреса на следващия рутер в mac адрес, за да се формира заглавка на ниво връзка при извършване на хоп;

3) ако се предава пакет от мрежа с голяма MTI стойност към мрежа с по-малка стойност (Ethernet→Token Ring), тогава рутерът фрагментира пакета, т.е. го разбива на по-малки блокове.

На мрежово ниво има поне два вида протоколи:

1) Мрежови протоколи, които директно популяризират пакети към сложна мрежа

IP – Интернет протокол

IPX – Интернет протокол от Novell

2) Протоколи за маршрутизиране, които преди изпращане на пакети събират информация за връзките в мрежата и в крайна сметка изграждат таблица за маршрутизиране, според която работят мрежовите протоколи.

RIP – Интернет протокол за маршрутизиране; OSPF, RIP

Слой за връзка с данни

Прехвърля кадри с данни от мрежовия слой към физическия слой. Рамката е логически организирана структура, в която могат да бъдат поставени данни (вижте фиг. 9.10). Слоят на връзката за данни на компютъра получател пакетира необработения битов поток, идващ от физическия слой, в кадри с данни. Това ниво решава проблеми с достъпа до комуникационния канал, открива и коригира грешки с използвайки CRC(останалата част от излишната циклична сума), контролира препредаване (в случай на повреда или загуба на рамки), проверка на mac адреса. Примери за протоколи, работещи на ниво връзка за данни: Token Ring, FDDI, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ATM, които са внедрени в персонални компютри, комутатори, рутери, мрежови адаптери.

Ориз. 9.10 Структура на рамката

Физически слой

Този слой предава неструктуриран, „суров“ битов поток физическа среда(Например, мрежов кабел). Електрически, оптични, механични и функционални интерфейсис кабел. Физическият слой също генерира сигнали, които пренасят данни, получени от по-високи слоеве. На това ниво се определят типът на мрежовия кабел и методът на свързването му към платката на мрежовия адаптер, по-специално броят на контактите в съединителите и техните функции. Освен това той определя метода за предаване на данни по мрежовия кабел (Ethernet и Token Ring). Физическият слой е проектиран да прехвърля битове (0 и единици) от един компютър на друг. Съдържанието на самите битове няма значение на това ниво. Този слой е отговорен за кодирането на данни и синхронизирането на битове, като гарантира, че предадената единица се възприема като единица, а не като нула. Това ниво задава продължителността на всеки бит и как битът се преобразува в съответните електрически или оптични импулси, предавани по мрежовия кабел. Физическият слой също определя дали симплекс, полудуплекс или дуплексен режимкомуникации. Той съдържа подробности за мрежовата топология.

За определяне на възложените задачи сложен обект, както и за подчертаване на основните характеристики и параметри, които трябва да притежава, се създават общи модели на такива обекти. Общият модел на компютърната мрежа определя характеристиките на мрежата като цяло и характеристиките и функциите на нейните основни компоненти.

Архитектура на компютърна мрежа- описание на неговия общ модел.____

Разнообразието от производители на компютърни мрежи и мрежови софтуерни продукти повдигна проблема с мрежовата интеграция различни архитектури. За да реши този проблем, MOS разработи модел на архитектура на отворени системи.

Отворена система- система, която взаимодейства с други системи в съответствие с приетите стандарти.

Предложеният модел на архитектура на отворени системи служи като основа за производителите да разработят съвместимо мрежово оборудване. Този модел не е някакво физическо тяло, отделни елементикоято може да се пипа. Моделът представлява най-много общи препоръкиза изграждане на съвместими мрежови стандарти софтуерни продукти. Тези препоръки трябва да се прилагат както в хардуера, така и в софтуера на компютърните мрежи.

Понастоящем моделът за взаимно свързване на отворени системи (OSI) е най-популярният мрежов архитектурен модел. Моделът счита общи функции, не специални решения, така че не всички реални мрежите го следват абсолютно. Моделът на взаимодействие на отворените системи се състои от седем нива (Фигура 6.15).

7-мо ниво - приложено- осигурява поддръжка за процесите на приложение на крайния потребител. Това ниво определя набора от приложни задачи, изпълнявани в дадена компютърна мрежа. Той също така съдържа всички необходими сервизни елементи за потребителските приложения. Някои задачи на мрежовата операционна система могат да бъдат прехвърлени към приложния слой.

Ниво 6 - представително- дефинира синтаксиса на данните в модела, т.е. представяне на данни. Гарантира представянето на данните в приетите в дадената система кодове и формати. В някои системи това ниво може да се комбинира с нивото на приложението.

Ниво 5 - сесийно- реализира установяването и поддържането на комуникационна сесия между двама абонати чрез комуникационна мрежа. Позволява обмен на данни в режим, определен от приложната програма, или предоставя възможност за избор на режим на обмен. Сесийният слой поддържа и прекратява комуникационна сесия.

Трите горни нива са комбинирани под често срещано име - процесили процес на кандидатстване. Тези нива определят функционални характеристикикомпютърна мрежа като приложна система.

4-то ниво- транспорт - осигурява интерфейс между процесите и мрежата. Той установява логически канали между процесите и осигурява предаването на информационни пакети, обменяни между процесите през тези канали. Извикват се логическите канали, установени от транспортния слой транспортни канали.

Найлонов плик- група от байтове, предавани от мрежови абонати един на друг.

3 ниво - мрежа- определя интерфейса терминално оборудване за даннипотребител с мрежа за превключване на пакети. Той също така отговаря за маршрутизирането на пакети в комуникационната мрежа и за комуникацията между мрежите - осъществява работа в мрежа.

Ориз. 6.16. Обработка на съобщения по слоеве на OSI модела

Забележка. В комуникационното инженерство се използва терминът терминално оборудване за данни. Той определя всяко оборудване, свързано към комуникационен канал в система за обработка на данни (компютър, терминал, специално оборудване).

2-ро ниво - канал- ниво на връзка за данни - реализира процеса на предаване на информация през информационния канал. Информационен канал- логически канал, установява се между два свързани компютъра физически канал. Слоят за връзка с данни осигурява контрол върху потока от данни под формата на рамки, в които информационни пакети, открива грешки при предаване и прилага алгоритъм за възстановяване на информация в случай на откриване на грешки или загуба на данни.

Ниво 1 - физическо- извършва всички необходими процедури в комуникационния канал. Основната му задача е да контролира оборудването за предаване на данни и комуникационния канал, свързан с него.

При предаване на информация от процес на кандидатстванев мрежата се обработва от нивата на модела на взаимодействие на отворените системи (фиг. 6.16). Смисълът на тази обработка е, че всяко ниво добавя своя собствена към информацията за процеса заглавие- служебна информация, която е необходима за адресиране на съобщения и за някои контролни функции. В допълнение към заглавката, слоят за връзка добавя и трейлър - контролна последователност, която се използва за проверка на правилното приемане на съобщение от комуникационната мрежа.

Физическият слой не добавя заглавка. Съобщението, рамкирано с хедъри и трейлъри, отива в комуникационната мрежа и пристига до компютрите абонати на компютърната мрежа. Всеки абонатен компютър, който получава съобщение, дешифрира адресите и определя дали съобщението е предназначено за него.

В същото време в абонатния компютър протича обратният процес - четене и прекъсване на заглавките по нивата на модела на взаимодействие на отворените системи. Всяко ниво отговаря само на собствения си хедър. Заглавията на горните нива не се възприемат и не се променят от по-ниските нива - те са „прозрачни“ за по-ниски нива. Така, преминавайки през нивата на OSI модела, информацията най-накрая достига до процеса, към който е била адресирана.

внимание!Всяко ниво на модела на взаимодействие с отворени системи отговаря само на своя собствен хедър.

Забележка. На фиг. Фигура 6.16 показва потока от данни през слоевете на модела. Всяко ниво добавя свое собствено заглавие - 3.

Какво е основното предимство на седемстепенния BOS модел? В процеса на развитие и усъвършенстване на всяка система възниква необходимостта от промяна на отделните й компоненти. Понякога това налага смяна на други компоненти, което значително усложнява и затруднява процеса на надграждане на системата.

Тук се проявяват предимствата на модела със седем нива. Ако интерфейсите са уникално дефинирани между нивата, тогава промяната на едно от нивата не води до необходимост от извършване на промени в други нива. По този начин има относителна независимост на нивата едно от друго.

Необходимо е да се направи още една забележка относно реализацията на нивата на BOS модела в реални компютърни мрежи. Функциите, описани от нивата на модела, трябва да бъдат реализирани или хардуерно, или под формата на програми.

Функциите на физическия слой винаги се изпълняват в хардуера. Това са адаптери, мултиплексори за предаване на данни, мрежови картии т.н.

Функциите на останалите нива са реализирани във формата софтуерни модули- шофьори.

Понятието „система“ е двустранно. От една страна, на обща дефиниция, системата е колекция от взаимодействащи си елементи (компоненти), хардуер и/или софтуер. От друга страна, една система може да действа като компонент на друга, по-сложна система, която от своя страна може да бъде компонент на система на следващото ниво.

В тази връзка е необходимо да се изясни идеята за архитектурата на системите и инструментите, като тяхното външно описание (референтен модел) от гледна точка на тези, които ги използват. Така архитектурата на една отворена система се оказва йерархично описание на нейния външен вид и всеки компонент по отношение на:

• потребител (потребителски интерфейс),
• системен дизайнер (дизайн среда),
• приложен програмист (системи и инструменти/среди за програмиране),
• системен програмист(компютърна архитектура),
• разработчик на хардуер (хардуерни интерфейси).

Предложеният възглед за архитектура на отворени системи следва от гореспоменатата необходимост от интегрирана реализация общи свойстваотвореност и е разширение на приетата концепция за компютърна архитектура според Г. Майерс.

Като пример, разгледайте архитектурното представяне на система за обработка на данни, състояща се от компоненти на четири области: потребителски интерфейс(според гледните точки на всички горепосочени групи), инструменти за обработка на данни, инструменти за представяне и съхранение на данни, средства за комуникация. Това представяне изисква използването на три нива на описания: средата, която е представена от системата, работна среда(система), на която разчитат компонентите на приложението, и оборудване. Всяко от тези нива е разделено за удобство на две поднива (виж таблицата).

Йерархия на представяне на архитектурата на системата за обработка на данни

Ниво на среда за краен потребител(потребителска среда) се характеризира с входни и изходни описания (генератори на формуляри и отчети), езици за проектиране информационен модел предметна област(4GL езици), функции на помощни програми и библиотечни програми и приложния слой на комуникационната среда, когато са необходими услуги за отдалечен обмен на информация. На същото ниво се определя средата на приложението (инструментариум): езици и системи за програмиране, командни езици(черупки операционна система), СУБД езици за заявки, нива на сесии и представителни комуникационни среди.

На ниво операционна система са представени компоненти на операционната среда, които изпълняват функциите за организиране на процеса на обработка, достъп до средата за съхранение на данни, интерфейса на прозореца, както и транспортния слой на комуникационната среда. Най-ниското подниво на операционната система е нейното ядро, файлова система, драйвери за хардуерно управление, мрежов слой на комуникационната среда.

На хардуерно ниво е лесно да се видят компонентите на хардуерната архитектура, познати на компютърните разработчици:

• процесорна система с инструкции (процесори),
• организация на паметта,
• организация на вход-изход и др.,

и физическо изпълнениекато:

• системни шини,
• шини за масова памет,
• интерфейси на периферни устройства,
• ниво на трансфер на данни,
• физически слой на средата за съхранение.

Представеният изглед на архитектурата на отворена система за обработка на данни се отнася до едномашинни реализации, включени в мрежа от данни за обмен на информация. Ясно е, че може лесно да се обобщи за многопроцесорни системи с разделение на функциите, както и за разпределени системи за обработка на данни. Тъй като компонентите, които изграждат системата, са ясно подчертани тук, можем да разгледаме както интерфейсите за взаимодействие на тези компоненти на всяко от посочените нива, така и интерфейсите за взаимодействие между нивата.

Описанията и реализациите на тези интерфейси могат да се разглеждат само в рамките на дадена система. Тогава свойствата на неговата откритост се проявяват само на външно ниво. Въпреки това, значението на идеологията на отворените системи е, че отваря методологични пътища за унифициране на интерфейси в рамките на функционално свързани групи от компоненти за целия клас системи за дадена цел или целия набор от отворени системи.

Интерфейсните стандарти на тези компоненти (де факто или официално приети) определят лицето на масовите продукти на пазара. Обхватът на тези стандарти е предмет на съгласуване на интересите на различни групи участници в процеса на информатизация - потребители, проектанти на системи, доставчици на софтуер и доставчици на оборудване.

По-горе разгледахме пример за архитектура на отворени системи, които прилагат технология за обработка на данни. По подобен начин може да си представим отворени системи за всички класове информационни технологии: обработка на текстове, изображения, реч, компютърна графика. Особено важно е да се разработят отворени системни подходи за мултимедийни технологии, които комбинират няколко различни представяния на информация. Както е известно, тази работа се извършва в чужбина от различни асоциации и консорциуми от заинтересовани фирми и академични организации и международни организации по стандартизация. За съжаление, руските специалисти в тези работи все още са там най-добрият сценарийиграят ролята на наблюдатели.

Понятието „система“ е двустранно. От една страна, според общата дефиниция, системата е съвкупност от взаимодействащи си елементи (компоненти), хардуер и/или софтуер. От друга страна, една система може да действа като компонент на друга, по-сложна система, която от своя страна може да бъде компонент на система на следващото ниво.

В тази връзка е необходимо да се изясни идеята за архитектурата на системите и инструментите, като тяхното външно описание (референтен модел) от гледна точка на тези, които ги използват. Така архитектурата на една отворена система се оказва йерархично описание на нейния външен вид и всеки компонент по отношение на:

потребител (потребителски интерфейс),

системен дизайнер (дизайн среда),

приложен програмист (системи и инструменти/среди за програмиране),

системен програмист (компютърна архитектура),

разработчик на хардуер (хардуерни интерфейси).

Предложеният възглед за архитектурата на отворените системи следва от горепосочената необходимост от всеобхватна реализация на общите свойства на отвореността и е разширение на възприетата концепция за компютърна архитектура според Г. Майерс.

Като пример, разгледайте архитектурното представяне на система за обработка на данни, състояща се от компоненти на четири области: потребителски интерфейс (според гледните точки на всички горни групи), инструменти за обработка на данни, инструменти за представяне и съхранение на данни и средства за комуникация. Това представяне изисква използването на три нива на описания: средата, която е представена от системата, операционната среда (системата), на която разчитат компонентите на приложението, и хардуера. Всяко от тези нива е разделено за удобство на две поднива (вижте таблица 1).

маса 1

Йерархия на представяне на архитектурата на системата за обработка на данни

Нивото на средата на крайния потребител се характеризира с входни и изходни описания (генератори на формуляри и отчети), езици за проектиране на информационен модел на домейн (4GL езици), помощни и библиотечни програмни функции и приложния слой на комуникационната среда при услуги за отдалечен обмен на информация са изисквани. На същото ниво се дефинира средата за приложно програмиране (инструментариум): езици и системи за програмиране, командни езици (черупки на операционна система), езици за заявки за СУБД, нива на сесии и представителни комуникационни среди.

На ниво операционна система са представени компоненти на операционната среда, които изпълняват функциите за организиране на процеса на обработка, достъп до средата за съхранение на данни, интерфейса на прозореца, както и транспортния слой на комуникационната среда. По-ниското подниво на операционната система е нейното ядро, файлова система, драйвери за управление на хардуера и мрежовия слой на комуникационната среда.

На хардуерно ниво е лесно да се видят компонентите на хардуерната архитектура, познати на компютърните разработчици:

процесорна система с инструкции (процесори),

организация на паметта,

организация на вход-изход и др.,

както и физическо изпълнение във формата:

системни шини,

шини за масова памет,

интерфейси на периферни устройства,

ниво на трансфер на данни,

физически слой на средата за съхранение.

Представеният изглед на архитектурата на отворена система за обработка на данни се отнася до едномашинни реализации, включени в мрежа от данни за обмен на информация. Ясно е, че може лесно да се обобщи за многопроцесорни системи с разделение на функциите, както и за разпределени системи за обработка на данни. Тъй като компонентите, които изграждат системата, са ясно подчертани тук, можем да разгледаме както интерфейсите за взаимодействие на тези компоненти на всяко от посочените нива, така и интерфейсите за взаимодействие между нивата.

Описанията и реализациите на тези интерфейси могат да се разглеждат само в рамките на дадена система. Тогава свойствата на неговата откритост се проявяват само на външно ниво. Въпреки това, значението на идеологията на отворените системи е, че отваря методологични пътища за унифициране на интерфейси в рамките на функционално свързани групи от компоненти за целия клас системи за дадена цел или целия набор от отворени системи.

Интерфейсните стандарти на тези компоненти (де факто или официално приети) определят лицето на масовите продукти на пазара. Обхватът на тези стандарти е предмет на съгласуване на интересите на различни групи участници в процеса на информатизация - потребители, проектанти на системи, доставчици на софтуер и доставчици на оборудване.

По-горе разгледахме пример за архитектура на отворени системи, които прилагат технология за обработка на данни. По подобен начин можем да си представим отворени системи за всички класове информационни технологии: обработка на текст, обработка на изображения, обработка на реч, компютърна графика. Особено важно е да се разработят отворени системни подходи за мултимедийни технологии, които комбинират няколко различни представяния на информация. Както е известно, тази работа се извършва в чужбина от различни асоциации и консорциуми от заинтересовани фирми и академични организации и международни организации по стандартизация. За съжаление, руските специалисти в тези работи все още в най-добрия случай играят ролята на наблюдатели.

Анотация: Методологическа обосновка на отворените системи като съвкупност от концепции и базирани на тях референтни модели. OSI модел.

2.1. Методологични основи на отворените системи

Процесът на стандартизация на информационните технологии трябва да има методологична основа, която да позволява разумно определяне на обектите, методите и инструментите на стандартизацията. В същото време концепцията информационни технологиисе тълкува по следния начин: " Информационни технологиивключват спецификация, проектиране и разработване на софтуерни, хардуерни и телекомуникационни системи и инструменти, занимаващи се с търсене и събиране на информация, представяне, организиране, обработка, сигурност, съхранение, предаване, както и обмен и управление на информация.“ Такова тълкуване и единна методологическа основата е реализирана под формата на методологична основа за отворени системи.

Методически основа на отворени системисе състои от набор от концепции и референтни модели, базирани на тях:

• концептуални основи и принципи за изграждане на отворени системи;
• референтен модел на отворени системни среди (Open System Environment Reference Model - OSE RM);
• Референтен модел за взаимно свързване на отворени системи (OSI RM);
• апаратура за разработване и използване на IT/IS профили, предназначени за създаване на отворени системи в пространството на стандартизирани решения;
• таксономия на профила;
• концепция за тестване на съответствието на ИТ системите с изходните стандарти и профили.

Най-значимите резултати в установяване на методологията на основата на отворените системиднес са:

• създаване на система от специализирани международни организациивърху холистичното развитие и стандартизация на отворени системи;
• разработване на референтни модели и съответните базови спецификации за най-важните раздели на ИТ областта, което направи възможно формирането на концептуална и функционална основа на пространството за създаване на информационни технологии и системи (ИТ/ИС);
• развитие и широко разпространено използване на концепцията за профили, която предоставя апаратура за специфициране и документиране на сложни и мултидисциплинарни отворени ИТ/ИС, които определят функционалността на основните спецификации и/или профили;
• разработване на таксономия на профилите, която е система за класификация на ИТ/ИС и осигурява систематична идентификация на профилите в пространството на ИТ/ИС;
• разработване на концепция и методология за съответствие на ИТ/ИС внедряванията със спецификациите, които прилагат.

Методически основа на информационните технологии, чиято основна част се състои от ИТ спецификации на различни нива на абстракция, се формира на базата на йерархичен подход, който улеснява анализа на неговата структура с помощта на някакъв многостепенен модел.

Ориз. 2.1.

Моделът е насочен към мениджъри на ИТ услуги и ръководители на проекти, отговорни за придобиване/разработване, внедряване, експлоатация и развитие информационни системи, състоящ се от разнороден софтуер, хардуер и инструменти за комуникация. Приложните програми в средата на OSE могат да включват:

• системи в реално време (Real Time System - RTS) и вградени системи (Embedded System - ES);
• Система за обработка на транзакции (TPS);
• системи за управление на бази данни ( Управление на бази даннисистема - СУБД);
• различни системи за подпомагане на вземането на решения (Decision Support System - DSS);
• административни информационни системи (Изп Информационна система- EIS) и производствени (Enterprise Resource Planning - ERP) цели;
• географски информационни системи (ГИС);
• други специализирани системи, които могат да използват спецификации, препоръчани от международни организации.

От гледна точка на производителите и потребителите, OSE средата е доста универсална функционална инфраструктура, която регулира и улеснява разработването или придобиването, експлоатацията и поддръжката на защитени приложни системи, които:

• изпълнени на всеки използван доставчик или потребителска платформа;
• използвайте всяка операционна система;
• предоставяне на достъп до бази данни и управление на данни;
• обменят данни и взаимодействат чрез мрежите на всякакви доставчици и в локални потребителски мрежи;
• взаимодействат с потребителите чрез стандартни интерфейси в обща интерфейсна система потребител-компютър.

По този начин средата на OSE поддържа „преносимо, мащабируемо и оперативно съвместимо приложение компютърни програмичрез стандартна функционалност, интерфейси, формати на данни, обмен и протоколи за достъп."

Стандартите могат да бъдат международни, национални или други публично достъпни спецификации и споразумения. Тези стандарти и спецификации са достъпни за всеки разработчик, доставчик и потребител на компютърен и комуникационен софтуер и хардуер за изграждане на системи и съоръжения, които отговарят на критериите на OSE.

преносим, ако са реализирани на стандартни платформи и са написани на стандартизирани езици за програмиране. Те работят със стандартни интерфейси, които ги свързват с изчислителната среда, четат и създават данни стандартни форматии ги предава в съответствие със стандартни протоколи, работещи в различни компютърни среди.

OSE приложения и инструменти мащабируемв околната среда различни платформиИ мрежови конфигурации- от персонални компютри до мощни сървъри, от локални системиза паралелни изчисления до големи GRID системи. Потребителят може да забележи разликата в количеството изчислителни ресурси на всяка платформа от някои косвени признаци, например от скоростта на изпълнение на приложна програма, но никога от системни повреди.

OSE приложения и инструменти взаимодействат помежду си, ако предоставят услуги на потребителя, използвайки стандартни протоколи, формати за обмен на данни и интерфейси на системи за съвместна или разпределена обработка на данни за целево използване на информация. Процесът на прехвърляне на информация от една платформа към друга чрез локална мрежа или комбинация от всякакви мрежи (дори глобални) трябва да бъде абсолютно прозрачен за приложните програми и потребителите и да не създава технически затруднения при използването. Въпреки това местоположението и местоположението на други платформи, операционни системи, бази данни, програми и потребители не трябва да имат значение за използваното приложение.

Работната група на IEEE POSIX 1003.0 разработи референтния модел на OSE (отворена системна среда/референтен модел - OSE/RM). Този модел е описан в международен план в техническия доклад на JTC1 TR 14250 (фиг. 2.2).

Описанието на модела използва два типа елементи:

• логически обекти, включително приложен софтуер (ASW), платформи за приложения и външна функционална среда;
• интерфейси, съдържащ интерфейса на приложната система и интерфейса за обмен с външната среда.

Логически обекти са представени от три класа, интерфейсите от два. В контекста на референтния модел на OSE, приложният софтуер директно включва програмни кодове, данни, документация, тестване, спомагателни и обучаващи инструменти (фиг. 2.3).

Платформа за приложениясе състои от набор от софтуерни и хардуерни компоненти, които реализират системни услуги, които се използват от софтуера. Концепцията за платформа за приложения не включва конкретна реализация функционалност. Например една платформа може да варира от процесор, използван от множество приложения, до голяма разпределена система.

Външна платформена средасе състои от външни за софтуера и приложната платформа елементи (работни станции, външни периферни устройствасъбиране, обработка и предаване на данни, обекти на комуникационна инфраструктура, услуги на други платформи, операционни системи или мрежови устройства).

Интерфейс на приложението(Application Program Interface - API) е интерфейсът между софтуера и платформата за приложения. Основен API функция- поддръжка за преносимост на софтуера. Класификацията на API се извършва в зависимост от вида на продаваните услуги: взаимодействие в системата потребител-компютър, обмен на информация между приложенията, вътрешни системни услуги, комуникационни услуги.

Интерфейсът за външна среда (EEI) осигурява трансфер на информация между платформата на приложението и външната среда, както и между приложни програми, които работят на същата платформа.

Референтният модел OSE/RM прилага и управлява връзката доставчик-потребител. Логически обекти на платформата за приложения и външна средаса доставчикът на услугата, софтуерът е потребителят. Те взаимодействат с помощта на набор от API и EEI интерфейси, определени от модела POSIX OSE (Фигура 2.4).

EEI интерфейсът е комбинация от трите интерфейса (CSI, HCI, ISI), всеки от които има характеристики, определени от външно устройство (фиг. 2.5):

• интерфейс комуникационни услуги (Communication Service Interface - CSI) - интерфейс, който предоставя услуга за осъществяване на взаимодействие с външни системи. Осъществяването на взаимодействие се осъществява чрез стандартизация на протоколи и формати на данни, които могат да се обменят с помощта на установени протоколи
• интерфейс човек-машина(Human Computer Interface - HCI) - интерфейс, чрез който се осъществява физическо взаимодействие между потребителя и софтуерната система
• интерфейс информационни услуги (Information Service Interface - ISI) - граница на взаимодействие с външна памет дългосрочно съхранениеданни. Осигурява се чрез стандартизация на формати и синтаксис за представяне на данни.

Платформата за приложения предоставя услуги за различни приложения чрез двата основни интерфейса към платформата.

OSE средата осигурява функционирането на софтуера, като използва определени правила, компоненти, методи за взаимодействие на системните елементи (Plug Compatibility) и модулен подход при разработването на софтуер и информационни системи. Предимствата на модела са разделянето на външната среда в независим елемент, който има определени функции и подходящ интерфейс, както и възможността за използването му за описание на системи, изградени върху архитектурата клиент-сървър. Относителен недостатък е, че не всички изисквани спецификации все още са налични на ниво международни хармонизирани стандарти.