Учебный курс Технологии открытых систем Лекция 5 Понятие модели

1. Учебный курсТехнологии открытых системЛекция 5Понятие модели руководитель Центра открытых систем ИРЭ РАН, д.т.н., профессор Олейников Александр Яковлевич

2. ISO/IEC 10000: 1998 (ГОСТ РИС0/МЭК ТО 10000-1-99) Основы и таксономия международных функциональных стандартов ISO/IEC 7498: 1994 (ГОСТ РИС0/МЭК 7498) Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (2-я редакция) ISO/IEC TR 14252: 1996 Эталонная модель среды открытых систем ISO/IEC 10746: 1998 Эталонная модель открытой распределенной обработки ISO/IEC 1003.23: 1998 (Рекомендации Р50.1.041-2002) Руководство по проектиро- ванию профилей среды открытой системы Технология открытых систем Модульный подход открытых систем 1995 2000 2005 Развитие работ по открытым системам

3. Субъекты (заинтересо- ванные лица) Оригинал (материаль- ная систе- ма) Модель (представле- ние систе- мы) Внешнее окружение Отношения при создании системы

4. Понятие эталонной модели Эталонная модель (англ. reference model, master model) - абстрактное представление понятий и отношений между ними в некоторой проблемной области. На основе эталонной модели строятся более конкретные и детально описанные модели, в итоге воплощённые в реально существующие объекты и механизмы. Понятие эталонной модели используется в информатике.

5. Понятие эталонной модели продолжение Примерами эталонной модели являются такие модели, как: • сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection Reference Model) • модель открытого геопространственного консорциума (англ.) • архитектура фон Неймана - модель эталонной модели с последовательными вычислениями • эталонная модель архитектуры государственного предприятия (англ.) Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C

6. Процесс создания системы В процессе создания любой системы, включая открытую ИС, происходит взаимодействие четырех сущностей, а именно: • субъектов, в качестве которых в нашем случае выступают лица, заинтересованные в появлении открытой системы • оригинала, каковым является материальная ИС • модели, которая является представлением об открытой системе • внешнего окружения

7. Виды моделей • Если поток информации направлен от оригинала к субъекту, а от субъекта к модели, то принято говорить о познавательных моделях Пример: модели физических явлений • Если поток информации направлен от модели к субъекту, а от субъекта к материальному воплощению, то принято говорить о прагматических моделях Примеры: кодексы и уставы, нормативные документы, содержащие технические требования и т.д.

8. Отличия моделей Основное отличие между познавательными и прагматическими моделями заключается в том, что познавательные модели служат для отражения существующей реальности, а прагматические для отражения нашего представления об идеале, о том, какова должна быть окружающая реальность

9. Уровни детализации моделей • Если необходимо общее представление об определенном классе открытых систем, степень детализации будет низкой • Если необходимы сведения о продуктах ИТ, из которых составляется открытая система, модель должна позволять высокую степень детализации

10. Эталонная модель (Reference Model) ЭМ А1 Аn Архитектура (Architecture) . . . I11 I12 I1m In1 In2 Inm Реализация (Implementation) . . . . . . Связь между различными представлениями о системе

11. Соотношение ЭМ и архитектуры • Эталонная модель дескриптивна (descriptive), т.е. служит исключительно для описания и имеет своей целью сформировать такое абстрактное представление о системе, которое не связано со способами ее конкретной реализации. • Архитектуры прескриптивны (prescriptive), т.е. всегда содержат предписания и имеют своей целью сформировать такое представление о системе, которое связано (хотя бы частично) со способами конкретной реализации системы.

12. Функциональная стандартизация Функциональная стандартизация - процесс придания системе открытости. Предполагает рассмотрение элементов, из которых состоит система, в тесной связке с их функциональными возможностями или, как еще говорят, службами (сервисами), которые эти элементы реализуют.

13. Эталонная модель Эталонная модель открытой системы – абстрактное описание системы в терминах сущностей и служб

14. Служба (службы) Service (services) Служба (службы) Service (services) Служба (службы) Service (services) Сущность (Entity) Сущность (Entity) Сущность (Entity) Составляющие эталонной модели

15. Прикладное программное обеспечение Интерфейсплатформа-приложение (API) Прикладная платформа Интерфейсплатформа-внешняя среда (EEI) Внешняя среда Эталонная модель POSIX-среды открытой системы

16. Понятие «сущности» - «entity» Сущность – внешняя форма существования предмета, отраженная с помощью группировки или набора служб, являющихся частью эталонной модели. В таком понимании сущность является аналогом элемента (компонента) системы. Иными словами, элемент (компонент) в архитектуре системы играет ту же роль, что и сущность в эталонной модели системы.

17. Соотношение сущностей и реализаций Эталонная модель состоит из сущностей, тогда как система состоит из конкретных продуктов, в отношении которых в англоязычной литературе используется весьма точный термин implementation (реализация)

18. Понятие «службы» - «service» Служба – основная, исходная способность сущности в эталонной модели. Для служб, определенных таким образом, сущности являются и поставщиками и потребителями. Фактически, роль сущностей в этом случае определяется службами, которые ими предоставляются и/или потребляются. В такой трактовке сущность можно рассматривать, как «обитель» служб, а службы как действия, приносящие пользу сущностям.

19. Примеры понятия «служба» • служба точного времени • служба предоставления времени (например, для выполнения расчетов) • служба отображения времени • служба установки времени

20. Графическое представление и словесное описание ЭМ Любая эталонная модель содержит две части: графическое представление и словесное описание. На графической части модели показываются сущности и связи между ними. В текстуальной части описывается назначение эталонной модели и определяются сущности.

21. Пример Например, графическая часть эталонной модели может содержать сущность, названную платформа. Однако, для того, чтобы понять, какой смысл вкладывается в термин платформа, необходимо обратиться к текстуальной части эталонной модели, в которой должны быть описаны службы этой платформы.

22. Понятия «домен», «категория служб» и «атрибут службы» • автоматическое управление • автоматизированное производство • контроль и диагностика • управление воздушным движением • телекоммуникации Домен – функциональная область, для которой предназначена эталонная модель. Примерами доменов могут являться следующие области:

23. Категория служб Категория служб – совокупность взаимосвязанных служб, характерная для систем определенного вида или для определенных доменов. Сущность может характеризоваться как одной, так и несколькими категориями служб. В качестве примера категории можно назвать: • службы операционной системы • службы графического и пользовательского интерфейса • службы баз данных • службы коммуникаций • службы обмена данными • службы мультимедиа

24. Атрибут службы Атрибут службы – специфическая или отличительная характеристика службы. Примерами атрибутов могут служить такие признаки, как: • реальное время • безопасность • отказоустойчивость. Наличие атрибута отражает тот факт, что не все составляющие, входящие в службу определенной категории, эквивалентны.

26. Детализация эталонных моделей Эталонные модели могут развиваться. Такое развитие обычно идет путем последовательной детализации, которая осуществляется в форме декомпозиции сущностей и/или декомпозиции служб. В результате такой детализации постепенно переходят к рассмотрению возможных способов реализации компонентов модели и эталонная модель зачастую трансформируется в модель архитектуры.

27. Прикладное ПО Прикладное ПО Прикладное ПО Программы Программы Программы Данные Данные Данные Документация Документация Документация Эталонная модель POSIX-среды открытой системы. Детализация сущностей. СлужбыAPI API СлужбыAPI СлужбыAPI API API Прикладная платформа Службы EEI EEI Внешняя среда Люди Объекты информа- ционного обмена Объекты коммуникаций

28. Польза от эталонных моделей Практическая польза от эталонных моделей заключается в том, что с их помощью удается: • установить язык, на котором можно успешно общаться, проводить анализ и делать выводы в отношении определенного класса систем • заложить основу для скоординированных работ по созданию систем определенного класса или типа, включая направления детализации, необходимой для их разработки и реализации • выделить и описать существенные функциональные возможности системы • получить возможность для понимания того, как увязать между собой противоречивые технологии и стандарты • получить средство для управления сложностью систем • определить направление и границы эволюционирования системы.

29. Применение ЭМ Имеются как образцы, введенные в практику ИТ в качестве международных стандартов, так и модели, ставшие стандартами де-факто. Кроме того, имеются эталонные модели, специально разработанные для отдельных крупных ИТ проектов.

30. Примеры ЭМ, ставших международными стандартами • эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ISO/IEC 7498:1996. Information processing systems – Open Systems Interconnection. Basic Reference Model (OSI)); • эталонная модель среды открытой системы (ISO/IEC TR 14252:1996. Information technology – Guide to the POSIX Open System Environment (OSE)) • эталоннаямодельоткрытойраспределеннойобработки (ISO/IEC 10746-2:1995 Reference Model for Open Distributed Processing – Reference Model: Architecture (ODP)) • эталоннаямоделькомпьютернойграфики (ISO/IEC 11072:1992, Information Technology - Computer Graphics - Computer Graphics Reference Model)

31. Примеры ЭМ, ставших международными стандартами продолжение • эталоннаямодельоткрытогообменаэлектроннымиданными (ISO/IEC 14662 Information Technology – Open-edi reference model). • Модель DOD (англ. Department of Defense — Министерство обороны США) — Стек протоколов TCP/IP использует упрощенную модельOSI. Модель DOD состоит из четырёх уровней: уровня сетевого интерфейса (Network Access), соответствующего первым двум уровням модели OSI, межсетевого уровня (internet), соответствующего «Сетевому» уровню модели OSI, транспортного уровня (Host-to-Host), соответствующего «Транспортному» уровню модели OSI и уровня приложений (Process/Application), соответствующего трем верхним уровням модели OSI.

32. Модель взаимосвязиоткрытых систем Примеры корпоративных решений: • сетевая архитектура систем фирмы IBM (IBM’s System Network Architecture - SNA) • распределенная сетевая архитектура (Distributed Network Architecture –DNA) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation). Домен - сфера организации связей между компьютерными системами

33. Сетевая модель OSI Сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Reference Model-OSI — модель взаимосвязи открытых систем) — абстрактная модель для сетевых коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Представляет уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и понятнее.

34. Сетевой протокол Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя включёнными в сеть компьютерами. Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуютстек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают напрограммное обеспечение, которым реализуется протокол.

35. Неуниверсальность корпоративных моделей Сетевые решения SNA и DNA не ориентированы на обеспечение универсального взаимодействия. Международная консультативная комиссия по телефонии и телеграфии (МККТТ) и ИСО разработали эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ВОС), описанную в международном стандарте ИСО 7498.

36. ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. Часть 1 Базовая модель Часть 2 Архитектура защиты информации Часть 3 Присвоение имен и адресация Часть 4 Основы административного управления

37. Пользователи Открытая система А Открытая система В Приложения Приложения Функции, ориентированные на приложения Функции, ориентированные на приложения Функциональная среда ВОС Сетевая среда ВОС Сетевыеуровни Сетевые уровни Физическая среда ВОС Среда реальных систем Выделение функциональных сред

38. Принципы разработки эталонной модели ВОС • стандарты ВОС разрабатываются на основе абстрактных моделей • для описания внешнего поведения взаимосвязанных реальных открытых систем каждая такая система должна быть представлена функционально эквивалентной ей абстрактной моделью, называемой открытой системой, при этом строго описывают только те аспекты открытых систем, которые относятся к их взаимосвязи • стандартизации подлежит только внешнее поведение открытых систем

39. Принципы разработки эталонной модели ВОС продолжение • при моделировании вначале разрабатывают базовые элементы открытых систем и принимают некоторые основные решения, связанные с их организацией и функционированием • после выбора базовых элементов эталонной модели разрабатывают подробное и точное описание функционирования открытой системы, которое включает в себя услуги и протоколы для ВОС • эталонная модель в целом не содержит подробного и точного описания функционирования открытой системы

40. Семь уровней эталонной модели ВОС и протоколы взаимодействия равноправных объектов

41. Прикладные процессы оконечных пользователей Службы распределенной информации Передача, доступ и управление файлами; обмен сообщениями и документами; передача и манипулирование заданиями Прикладной уровень Согласование синтаксиса передачи и преобразования представления данных Синтаксически независимая служба обмена сообщениями Уровень представлений Сеансовый уровень Обеспечение прикладных элементов управлением диалогом и синхронизацией Сетенезависимые службы обмена сообщениями Протоколы 7-уровневой модели

42. Передача сообщений от источника к приемнику (управление соединением, управление ошибками, фрагментация, управление потоком) Транспортный уровень Сетевой уровень Маршрутизация в сети, адресация, установление и освобождение вызовов Уровень звена данных Управление звеном данных (кадрирование, прозрачность данных, управление ошибками) Определение механического и физического интерфейсов сети Физический уровень Физическая среда ВОС Протоколы 7-уровневой модели продолжение

43. Уровень OSI.Протоколы. • Прикладной: HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, Modbus TCP, BACnet IP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS, NCP и др. • Представления: ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP, ICAСеансовыйASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS, RPC, ICA • Транспортный: TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP

44. Уровень OSI.Протоколы. продолжение • Сетевой: IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BOOTP, SKIP, RIP, GRE • Канальный (звена данных): STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS • Физический: RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN (T1, E1), Ethernet (10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5), Fast Ethernet (100BASE-T, 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), Gigabit Ethernet (1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX)

45. Реализация уровней OSI Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением. Остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.

46. Что описывает эталонная модель ? Эталонная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно "единицы" и "нули".

47. 7 7 6 6 . . . . . . . . 1 1 Network Прохождение информации System A System B

48. Service user (layer x+1 protocol) Service user (layer x+1 protocol) OSI layer x+1   Service protocol (layer x protocol) OSI layer x Service access points Пользователи и провайдеры

49. Отличие модели от реализации Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает план для постройки корабля. Точно также, как для выполнения фактической работы по плану могут быть заключены контракты с любым количеством кораблестроительных компаний, любое число поставщиков сети могут построить протокол реализации по спецификации протокола. И если этот план не будет предельно понятным, корабли, построенные различными компаниями, пользующимися одним и тем же планом, пусть незначительно, но будут отличаться друг от друга.

50. Прикладной уровень(Application layer) Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как: обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.