1.1.5. Типовые математические схемы формализации оис

Сети интегрального обслуживания относятся к классу больших систем; это обстоятельство обусловливает сложность их построения и эксплуатации.

На начальном этапе (в процессе проектирования) определяются внутренние параметры сети - топологическая структура, алгоритмы управления, параметры учета многочисленных требований к качеству доставки информации пользователям, возможности минимизации расходов, рассмотрение множества вариантов.

В целом задача проектирования относится к комбинаторным и может быть сформулирована в терминах дискретного математического программирования. Однако отсутствие аналитических моделей и методов решения, необходимость учета влияния множества факторов, значительная часть которых отображает влияние случайных процессов, ведет к высокой размерности задачи и делает практически невозможным ее прямое решение на базе существующих методов и средств. В связи с этим используются разные упрощения, суть которых заключается в декомпозиции общей задачи на совокупность частных.

На указанном этапе для выбора параметров и для разработки структуры и алгоритмов функционирования открытой информационной системы в качестве начальных данных используются такие ее элементы: топологическая структура, параметры потоков информации, алгоритмы управления процессом обмена информацией, алгоритмы коммутации, расходы на оборудование.

Задача заключается в выборе указанных параметров, при которых сетевой узел имел бы минимальную стоимость при выполнении требований к качеству обслуживания пользователей. Указанная задача распределяется на очередные, последовательно разрешаемые, частные задачи: синтез топологической структуры сети, выбор методов и разработку алгоритмов коммутации, выбор методов и разработку алгоритмов управления обменом информацией в сети, выбор соответствующих параметров. Каждая из этих задач с целью оптимизации решается многократно.

Топология (структура, конфигурация) характеризует независимые от размеров сети свойства сети, систем и программ - надежность, производительность, стоимость, защищенность.

1) Топология звезда (рис. 1.10).

Концентратор

Рис. 1.10. Топология звезда

Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер присоединяется отдельным кабелем к центральному узлу, то есть к пассивному соединителю - концентратору.

Недостатками такой топологии является низкая надежность, поскольку повреждение центрального узла вызывает остановку всей сети, та значительная длина кабелей, которая зависит от реального размещения компьютеров.

2) Топология общая шина (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Топология общая шина.

Преимуществом такой топологии является меньшая протяженность кабеля, а также более высокая, по сравнению с соединением "звезда", надежность - повреждение отдельного компьютера не нарушает работу сети в целом. Недостатки заключаются в том, что разрыв основного кабеля способствует отказу всей сети. Другим недостатком является слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, поскольку сообщение, посланное одним компьютером другому, может быть принято любым другим компьютером.

3) Топология кольцо (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Топология кольцо.

В этом случае данные передаются от одного компьютера другому по очереди. Если какой-либо компьютер получает данные со своим адресом - принимает; если с адресом другого компьютера - передает их далее по кольцу.

Из-за наличия двух путей доступа к каждому компьютеру преимуществом топологии "кольцо" является более высокая надежность системы при повреждениях кабеля. Недостатками этой топологии является значительная длина, малое быстродействие и слабая защищенность информации.

4) Топология реальной сети может повторять одну из приведенных выше топологий или содержать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями.

Поведение функциональных блоков сети при передаче данных обеспечивают протокольные стандарты.

Протокол является набором правил взаимодействия функциональных блоков, расположенных на одном уровне. Протоколом указываются следующие параметры:

1) синтаксис сообщения - способ идентификации данных при их передаче; например, порядок, в котором отображаются адреса назначения и элементы данных;

2) имена элементов данных - позволяют обеспечивать интерпретацию передаваемой информации;

3) операции управления и состояния.

Ранее отмечалось, что базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем определяется семью (рис. 1.9) уровнями.

Соответственно этому вводятся в рассмотрение семь групп протоколов. Их названия соответствуют названиям уровней. Протоколы, располагаются друг над другом; в зависимости от задачи могут быть использованы все уровни области взаимодействия или только часть из них.

1) Стандарты протоколов физического уровня (уровень 1) обеспечивают взаимодействие процедур канального уровня с физической средой передачи, по которой передается сигнал.

В этих стандартах, как правило, описываются принципы построения устройств преобразования сигналов (модемов) и межуровневых интерфейсов, которые описывают каким образом уровень 1 связывается с уровнем 2, предоставляя ему свои услуги.

2) Стандарты протоколов канального уровня обеспечивают следующие операции:

а) разбивку потока информации, поступающей

от физического уровня, на сегменты

(блоки информации), называемые кадрами

канального уровня;

б) распознавание кадров, которые передаются

между станциями компьютерных сетей;

в) обеспечение коррекции ошибок при передаче

информации.

3) Стандартом протоколов сетевого уровня является протокол TCP/IP (TCP - Transmission Control Protocol, IP - Internet Protocol), т. е. этот стандарт состоит из протокола управления передачей информации и межсетевого протокола.

Протокол IP ориентирован на использование одиночных пакетов, именуемых датаграммами. Его задача является обеспечение взаимодействия сетей и выполнение процессов, связанных с коммутацией и маршрутизацией. Для этого протокол IP передает датаграммы из одной сети в другую.

Задача протокола TCP состоит в предоставлении сервиса передаче датаграмм, гарантируя упорядоченную доставку последовательностей блоков данных независимо от возможных их повреждений, потерь, дублирований, нарушений последовательности. Протокол TCP имеет три фазы работы: установка соединения, передача по нему датаграмм, разъединение связи.

Таким образом, TCP является сложным протоколом, обеспечивающим высокую степень надежности передачи данных.

4) Качество обслуживания сети зависит от ее типа, а также от транспортного уровня. При существовании разных типов сетей транспортный уровень позволяет установить такие параметры качества обслуживания: а) пропускную способность; б) надежность сети; в) задержку передачи информации через сеть; г) приоритеты; д) защиту от ошибок; г) мультиплексирование; д) управление потоком; е) выявление ошибок.

5) Протоколы сеансового уровня способствуют организации способов взаимодействия между прикладными процессами пользователей, то есть управление взаимодействием между открытыми системами.

6) Протоколы представительского уровня определяют синтаксис передаваемой информации, т. е. понятных взаимодействующим системам набора знаков и способов их представления.

7) Протоколы прикладного уровня определяют семантику, т. е. содержательность информации, которой обмениваются открытые системы.