Введение в распределённые алгоритмы. Ж. Тель (2009) (не распознанно) (Введение в распределённые алгоритмы. Ж. Тель (2009) (не распознанно).pdf), страница 10

Основная ответственность за правильность доставки всех фреймов может быть возложена как на отправителя сообщений, так и на их получателя. Подтверждения могут быть отправлены как дляотдельных фреймов, так и сразу для нескольких фреймов, фреймы могут иметьили не иметь порядковых номеров, и т. п.Сетевой уровень (3).

Сетевой уровень предназначен для того, чтобы обеспечить связь между всеми узлами сети, а не только теми, между которыми естьфизический канал связи. На этом уровне проводится выбор маршрутов в сети длясоединения удаленных друг от друга узлов, а также контроль нагрузки в каждомузле и канале.Выбор маршрутов обычно проводится на основании информации о топологиисети, которая отражена в таблицах маршрутизации, хранящихся в каждомузле. На сетевом уровне имеются алгоритмы, которые обновляют таблицы маршрутизации всякий раз, когда топология сети изменяется вследствие поврежденияили восстановления узлов и каналов связи. Такие повреждения или восстановления выявляются на уровне передачи данных.Хотя на уровне передачи данных обеспечиваются надежные соединения, связьна сетевом уровне оказывается ненадежной.

Сообщения (на сетевом уровне ониназываются пакетами), отправленные из одного узла в другой, могут следовать разными путями, и в связи с этим одни сообщения могут обгонять другие.Из-за сбоев в работе узлов некоторые сообщения могут быть потеряны (узел,в котором временно хранится сообщение, может, например, выйти из строя), аненужные повторные передачи могут привести к дублированию сообщений. Время жизни пакетов на сетевом уровне ограничено: существует такая константа c,что каждый пакет либо будет доставлен не более чем за c секунд, либо будетсчитаться потерянным.1.2. Архитектура и языки35Транспортный уровень (4).

Транспортный уровень предназначен для того,чтобы исправить и тем самым скрыть ненадежность сетевого уровня, т. е. обеспечить надежную сквозную передачу данных из одного узла в другой. Эта задача очень похожа на аналогичную задачу, которая решается на уровне передачи данных, но здесь она осложняется тем, что сообщения могут дублироваться,и порядок их следования может быть изменен. Поэтому циклические числовыепоследовательности можно использовать для нумерации пакетов только тогда,когда на сетевом уровне определено время жизни пакетов.Алгоритмы, управляющие передачей данных на транспортном уровне, устроены на основе тех же принципов, что и алгоритмы уровня передачи данных: нумерация пакетов, обратная связь с подтверждениями, повторная передача.Сеансовый уровень (5).

На сеансовом уровне реализованы необходимыесредства для взаимосвязи процессов, работающих в разных узлах. Сеанс связиможет открываться и закрываться, и в то время, когда сеанс связи открыт, соединение может быть использовано для обмена данными с применением сеансового адреса вместо повторения в каждом сообщении адреса удаленного процесса.На сеансовом уровне используется надежная сквозная коммуникация, которуюпредоставляет транспортный уровень, но обмен сообщениями при этом разбивается на сеансы связи.Во время сеансов связи выполняется передача файлов или осуществляетсядистанционный вход в систему.

На сеансовом уровне разработаны как средствавосстановления сообщений, если какой-либо узел выходит из строя во времясеанса связи, так и механизмы взаимного исключения, если критические операциизапрещается выполнять одновременно обоими участниками сеанса.Представительский уровень (6). Представительский уровень предназначен для преобразования данных в тех случаях, когда формы представления информации в одном узле отличаются от форм представления информации в другом узле или являются непригодными для передачи данных. На нижележащемуровне (т. е.

в рамках 5/6-интерфейса) считается, что все данные представлены в стандартной форме и пригодны для передачи, а на вышележащем уровне(т. е. в рамках 6/7-интерфейса) данные могут быть представлены в самых разных формах в зависимости от типов компьютеров и пожеланий пользователей.На представительском уровне проводится сжатие и восстановление данныхс целью сокращения объема информации, передача которой осуществляется наболее низких уровнях.

Кроме того, на этом же уровне проводится шифрованиеи дешифрование сообщений с целью обеспечения свойств конфиденциальностии целостности, позволяющих предотвратить попытки злоумышленников получитьдоступ к передаваемым данным или внести в них изменения.Прикладной уровень (7). На прикладном уровне реализованы те средства,которые обеспечивают потребности пользователей в передаче файлов, в использовании электронной почты, виртуальных терминалов и пр.

Разнообразие прикладных программ очень обширно, и поэтому провести стандартизацию функциональных возможностей на прикладном уровне невозможно, но для некоторых36Гл. 1. Введение: распределенные системыприкладных программ, которые были упомянуты здесь, были разработаны определенные стандарты.1.2.3. Модель OSI для локальных сетей: стандарт IEEEВ устройстве эталонной модели OSI нашли отражение многие особенностиархитектуры существовавших в то время глобальных сетей. В локальных сетях применяется технология, которая предъявляет к программному обеспечениюиные требования, и поэтому в локальных сетях некоторые из рассмотренных нами уровней становятся совсем излишними. Если сеть устроена так, что все узлысвязаны друг с другом общей шиной (см.

§ 1.1.4), то сетевой уровень становитсяпрактически ненужным, потому что любые две вершины соединены друг с другомпри помощи шины. Транспортный уровень тоже заметно упрощается, посколькуповедение шины не столь сложно по сравнению с поведением сети с двухточечным соединением. Напротив, на уровне передачи данных трудности возрастают,потому что большое число узлов имеют доступ к одной и той же физическойсреде.Откликнувшись на возникшие задачи, IEEE утвердил дополнительные стандарты, охватывающие только те нижние уровни иерархии OSI, которые используются в локальных сетях (точнее говоря, во всех сетях, связь в которых осуществляется посредством шины, а не двухточечного соединения). Ввиду того чтомногообразие всех широко распространенных сетей нельзя было охватить единым общим стандартом, IEEE утвердил три разных несовместимых стандарта:CSMA/CD, шина с маркерами и кольцо с маркерами.

Уровень передачи данныхбыл расщеплен на два подуровня, а именно на подуровень управления доступом к среде и подуровень управления логической связью.Физический уровень (1). В стандартах IEEE физический уровень предназначен для решения тех же самых задач, что и в исходном стандарте ISO, —передавать последовательности битов.

Однако в новых стандартах определения(тип проводов и пр.) уже совсем другие ввиду того что все соединения проводятсяв одной и той же среде, в отличие от двухточечной связи.Подуровень управления доступом к среде (2a). Этот подуровень предназначен для разрешения тех конфликтов, возникающих между узлами, использующими общую коммуникационную среду.

Статический метод предполагает составление неизменного расписания, в котором каждому узлу выделяются определенные отрезки времени для использования коммуникационной среды. В этомметоде пропускная способность канала связи расходуется неэкономно, если данными обмениваются всего лишь несколько узлов, а остальные хранят молчание:средства связи простаивают все то время, которое выделяется этим безмолвнымузлам.В шинах с маркерами и в кольцах с маркерами доступ к средствам связи передается по кругу: узлы передают друг другу определенную привилегию, котораяназывается маркером, и тот узел, который владеет маркером, может обращаться1.2.

Архитектура и языки37к средствам связи. Если узлу, владеющему маркером, нечего передавать, он передает маркер следующему узлу. В кольце с маркерами циклическая очередностьпредоставления доступа к связи определяется топологией физического соединения узлов (которая, как следует из названия, является кольцом), а в шине смаркерами циклический порядок определяется динамически в соответствии с порядком, который задан на множестве адресов узлов.В стандарте множественного доступа с контролем несущей и обнаружениемколлизий (CSMA/CD 15) ) узлы следят за тем, когда освободятся средства связи, и, как только это происходит, предпринимают попытку отправить сообщения.Если два или более узлов попытаются отправить сообщения (почти) одновременно, возникает коллизия. После обнаружения коллизии каждый из узлов прерывает передачу сообщения и предпринимает очередную попытку связи некотороевремя спустя.Подуровень управления логической связью (2b).

Этот подуровень имеетпочти такое же назначение, что и уровень передачи данных в модели OSI, — онслужит для управления обменом данными между узлами. Этот уровень нужендля того, чтобы следить за ошибками и управлять потоком информации; дляэтого применяются почти такие же приемы, какие используются в протоколахOSI, а именно последовательная нумерация и подтверждение.С точки зрения вышележащих уровней подуровень управления логическойсвязью выглядит точно так же, как сетевой уровень в модели OSI. И в самомделе, коммуникация между любой парой узлов осуществляется без привлеченияпромежуточных узлов, и ее обслуживание можно проводить непосредственно науровне управления логической связью. Поэтому в локальных сетях сетевой уровень не реализуется, и транспортный уровень надстраивается прямо над уровнемуправления логической связью.1.2.4.

Языковая поддержкаДля реализации программного обеспечения на любом уровне коммуникационной сети, равно как и для создания прикладных распределенных программ, нужнозапрограммировать соответствующие распределенные алгоритмы на каком-либоязыке программирования. Построение программного кода в значительной мереопределяется особенностями языка программирования и, в первую очередь, теми базовыми конструкциями, которые представлены в этом языке. В этой книгенас будут интересовать алгоритмы, а не их программные реализации, поэтомупри описании базовой модели мы будем говорить о состояниях процессов и опереходах из одних состояний в другие (см. § 2.1.2), а не о выполнении операторов из некоторого заданного множества. Конечно, для описания алгоритмовнужна строгая формальная система обозначений.

В гл. A рассказывается о томпрограммном псевдокоде, который используется в этой книге.В этом параграфе мы обсудим некоторые из основных конструкций, которые присутствуют в реальных языках программирования, предназначенных для15) Carriersense multiple access with collision detection. — Прим. перев.38Гл. 1. Введение: распределенные системыпроектирования распределенных систем. Мы ограничимся лишь кратким описанием этих конструкций; их подробное описание, а также примеры реальныхязыков программирования, в которых задействованы эти конструкции, можнонайти, например, в книге Бала [21] .