Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы (4-ое изд.) - 2010 - обработка, страница 27

После представления исходной задачи в виде множества модулей эти иодули группируют и упорядочивают по уровням, образующим иерархию. В соответствии с принципом иерархии для каждого промежуточного уровня можно указать непосредствен- но примыкающие к нему соседние вышележащий и нижележащий уровни (рис. 4.2). 1 Уровень 3 ' 1 1 1 Уровень 21 1 Уровень 1, 1 1 Рис. 4.2. Многоуровневый подход — создание иерархии задач Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия 1 — Интерфейс 2-3 1 1 1 — Интерфейс 1-2 1 1 Глава 4, Архитектура и стандартизация сетей С одной стороны, группа модулей, составляющих каждый уровень, для решения своих задач должна обращаться с запросами только к модулям соседнего нижележащего уровня.

С другой стороны, результаты работы каждого из модулей, отнесенных к некоторому уровню, могут быть переданы только модулям соседнего вышележщцего уровня. Такая иерархическая декомпозиция задачи предполагает четкое определение функций и интерфейсов не только отдельных модулей, но и каждого уровня. Межуровневый интерфейс, называемый также интерфейсом услуг, определяет набор функций, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему (рис. 4.3). К уровню 1с+2 Уровень 1с+ 1 внваый рфвйс Уроаань1с К уровню К вЂ” 1 Рис. 4.3. Концепция многоуровневого взаимодействия Такой подход дает возможность проводить разработку, тестирование и модификацию отдельного уровня независимо от других уровней. Иерархическая декомпозиция позволяет, двигаясь от более низкого уровня к более высокому, переходить ко все более и более абстрактному, а значит, более простому представлению исходной задачи.

ПРИМЕР Рассмотрим задачу считывания логической завися нэ файла, расположенного нз локальном диске. Ее (очень упрощенно) можно представить в виде следующей иерархии частных задач. 1. Поиск носимеольному имегт фгйлго его кораюнеристин, нео6ходимык для доануко к донным: информации о фиэинеасом роанможении файла иа диске, росмер и др. Поскольку функции этого уровня связаны только с просмотром каталогов, представления о файловой системе на этом уровне чрезвычайно абстрактны: файловая система имеет внд графа, в узлах которого находятся каталоги, а листьями являются файлы. Никакие детали физической и логической органиэации данных на диске данный уровень не интересуют.

Двкомпозиция задачи сетевого взаимодействия 2. Определение считываемой части файла. Для решения этой задачи необходимо снизить степень абстракции файловой системы. Функции данного уровня оперируют файлом как совокупностью определенным образом связанных физических блоков диска. 3. Считывание данных с диска.

После определения номера физического блока файловая система обращается к системе ввода-вывода для выполнения операции чтения. На этом уровне уже фигурируют такие детали устройства файловой системы, как номера цилиндров, дорожек, секторов, Среди функций, которые может запросить прикладная программа, обращаясь к верхнему уровню файловой системы, может быть, например, такая: ПРОЧИТАТЬ 22 ЛОГИЧЕСКУЮ ЗАПИСЬ ФАЙЛА 01Л1IМУУР1СЕ.ТУТ Верхний уровень ие может выполнить этот запрос «только своими силами», определив по символьному имени ЕУ1ВТ/МУ/Е1СЕ.ТХТ физический адрес файла, ои обращается с запросом к нижележащему уровню: ПРОЧИТАТЬ 22 ЛОГИЧЕСКУЮ ЗАПИСЬ ИЗ ФАЙЛА, ИМЕЮЩЕГО ФИЗИЧЕСКИЙ АДРЕС 174 И РАЗМЕР 235 В ответ иа запрос второй уровень определяет, что файл с адресом Е74 занимает иа диске пять несмежных областей, а искомая запись нэходится в четвертой области в физическом блоке 345.

После этого ои обращается к драйверу с запросом о чтении требуемой логической записи. В соответствии с этой упрощенной схемой взаимодействие уровней файловой системы было однонаправленным — сверху вниз. Однако реальная картина существенно сложнее. Действительно, чтобы определить характеристики файла, верхний уровень должен «раскрутить» его символьное имя, то есть последовательно прочитать всю цепочку каталогов, указанную в имени файла.

А это значит, что для решения свой задачи он несколько раз обратится к нижележащему уровню, который, в свою очередь, несколько раз «попросит» драйвер считать данные каталогов с диска. И каждый раз результаты будут передаваться снизу вверх. Задача организации взаимодействия компьютеров в сети тоже может быть представлена ввиде иерархически организованного множества модулей.

Например, модулям нижнего уровня можно поручить вопросы, связанные с надежной передачей информации между Авумя соседними узлами, а модулям следующего, более высокого уровня — транспортиРоэку сообщений в пределах всей сети. Очевидно, что последняя задача — организация связи двух любых, не обязательно соседних, узлов — является более общей и поэтому ее Решение может быть получено путем многократных обращений к нижележащему уровню. Так, организация взаимодействия узлов А и В может быть сведена к поочередному взаииодействию пар промежуточных смежных узлов (рис. 4.4).

В Рио. 4.4. Взаимодействие произвольной пары узлов Глава 4. Архитектура и стандартизация сетей Протокол и стек протоколов Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют, по меньшей мере, две стороны, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух иерархий аппаратных и программных средств на разных компьютерах.

Оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения размера сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т. п. Другими словами, соглашения должны быть приняты на всех уровнях, начиная от самого низкого — уровня передачи битов, и заканчивая самым высоким, реализующим обслуживание пользователей сети. На рис. 4.5 показана модель взаимодействия двух узлов.

С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Каждый уровень поддерживает интерфейсы двух типов. Во-первых, зто интерфейсы услуг с выше- и нижележащим уровнями «своей» иерархии средств. Во-вторых, это интерфейс со средствами взаимодействия другой стороны, расположенными на том же уровне иерархии.

Этот тип интерфейса называют протоколом. Таким образом, протокол всегда является одноранговым интерфейсом. Узел В Узел А Интерфейс ЗВ-4В Интерфейс 2В-ЗВ Интерфейс 1В-2В рстокоп 1В 1А Рие. 4.В. Взаимодействие двух узлов ПРИМЕЧАНИЕ В сущности, термины «протокол» и «интерфейс» выражают одно и то же понятие — 1зормахиэоваин«« описание лроя«дуры вэаимод«йсм«яя двух обз«кмо«, но традиционно в сетях за ними закрепили разны« области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в раэнык узлах, а интерфейсы — правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для органиэации взаимодействия узлов в сети, называется птекезя протоколов. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратньп средств,д протоколы верхних уровней, как правило, программными средствами. Модель 08! Программный модуль, реализующий некоторый протокол, называют протокольной сущностью, или, для краткости, тоже протоколом. Понятно, что один и тот же протокол может быть реализован с разной степенью эффективности. Именно поэтому при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программной реализации.

Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество зсей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности то, насколько рационально распределены функции мезкду п)готоколачи разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними. Протокольные сущности одного уровня двух взаимодействующих сторон обмениваются сообщениями в соответствии с определенным для них протоколом. Сообщения состоят из заголовка и поля данных (иногда оно может отсутствовать).

Обмен сообщениями является своеобразным языком общения, с помощью которого каждая из сторон «объясняет» другой стороне, что необходимо сделать на каждом этапе взаимодействия. Работа каждого протокольного молуля состоит в интерпретации заголовков поступающих к нему сообщений и выполнении связанных с этим действий. Заголовки сообщений разных протоколов имеют разную структуру, что соответствует различиям в их функциональности.

Понятно, «то чем сложнее структура заголовка сообщения, тем более сложные функции возложены аа соответствующий протокол. Модель 081 Из того что протокол является соглашением, принятым двумя взаимодействующими узлами сети, совсем не следует, что он обязательно является стандартным. Но на практике зри реализации сетей стремятся использовать стандартные протоколы. Это могут быть фирменные, национальные или международные стандарты. В начале 80-х годов ряд международных органиэаций по стандартизации, в частности !пгегпа1!опа! Огйап!гас!оп Еог Бгапдагд!хат!оп (!50), часто называемая 1пгегпаг!опа! Вгзлдагдз Огйап!хат!оп, а также 1псегпаг!опа( Те!есошпшп!сат!опз |Лион (1Т(1) и некоторые другие, разработали стандартную модель взаимодействия открьпъпг систем (Орел Буме ш !щегсоппесйоп, 051).

Эта модель сыграла значительную роль в развитии компьютерных сетей. Общая характеристика модели 08! К концу 70-х годов в мире уже существовало большое количество фирменных стеков комиузихационных протоколов, среди которых можно назвать, например, такие популярные стеки, как ОЕСпес, ТСР/1Р и Б!»!А. Подобное разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несовместимости устройств, использующих рззвмс протоколы.