Стандартизация аппаратного и программного обеспечения компьютерных сетей

Для создания компьютерных сетей необходима стандартизация их алгоритмического, программного и аппаратного обеспечения [1, 2].

Основными разработчиками стандартов в сфере компьютерной техники являются [2, c. 104–105]:

1. Международная организация по стандартизации – ISO.

2. Институт инженеров электроники и радиоэлектроники – IEEE.

3. Американский институт национальных стандартов –ANSI.

4. Рабочая группа по проблемам Интернета – IETF.

5. Ассоциация электронной промышленности – EIA.

Решение указанных задач стандартизации осуществляется на основе модели взаимодействия открытых систем OSI (Model of Open System Interconnections) Международного института стандартов ISO (International Standards Organization) (1983 г.) на основе принципов открытости, модульности и уровневости.

Принцип открытости систем состоит в том, что взаимодействуют друг с другом физически соединённые между собой системы, которые обладают модульностью и уровневостью.

Модульность указывает на возможность комплектования системы изделиями и компонентами (модулями) различных изготовителей, производимых в соответствии с имеющимися стандартами.

Уровневость указывает на иерархическое функциональное разделение данных и процессов у взаимодействующих систем. Например, в области алгоритмического обеспечения для каждого функционального уровня предусматривается один или несколько протоколов, каждый из которых представляет собой свод правил, задающих формат и назначение объектов обмена данными и их взаимосвязи с другими уровнями. При этом не даётся указаний в отношении аппаратных и программных способов реализации этих принципов. Конкретные алгоритмы обработки информации могут реализовываться аппаратно в виде отдельных устройств или программно, например, с помощью прикладных программных интерфейсов (API-Application Program Interface), входящих в состав операционных систем компьютеров, расположенных во всех узлах сети передачи данных.

Согласно модели взаимодействия открытых систем OSI/ISO стандартизация информационного взаимодействия компьютерных сетей рассматривается на 7 уровнях [2, с. 62–74]: прикладном уровне, уровне представления, сеансовом уровне, транспортном уровне, сетевом уровне, уровне соединения, физическом уровне.

Передача информации осуществляется на компьютере отправителя: от верхнего уровня к нижнему и на компьютере получателя наоборот: от нижнего к верхнему. При переходе от одного уровня к другому добавляется служебная информация.

Прикладной уровень – при передаче пользователь с помощью специального приложения создаёт документ или делает запрос. При приёмке документ направляется нужному программному приложению.

Уровень представления – при передаче документа операционная система компьютера фиксирует, где находится документ (откуда поступил запрос) и передаёт его на следующий уровень.

Сеансовый уровень – компьютер пользователя взаимодействует с компьютерной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя на подключение к сети, управляют очерёдностью передачи данных с учётом приоритетов, обеспечивает продолжение передачи длинных сообщений с точки, в которой произошла ошибка передачи и т.д.

Транспортный уровень. В сети Интернет при передаче по протоколу TCP документ разбивается на пакеты. Пакеты перемешиваются и передаются следующему уровню. Если количество одновременно работающих пользователей возрастает, то скорость передачи пакетов падает. Пакеты могут содержать следующие данные:

– адрес получателя;

– адрес отправителя;

– указатель длины данных;

– данные пользователя и заполнители;

– контрольная последовательность для обнаружения ошибок на приёмной стороне.

При приёме данных протокол формирует документ путём упорядочения пакетов сетевого уровня, которые могут приходить в произвольном порядке. На нераспознанные пакеты генерируется запрос на повторную передачу.

Сетевой уровень– при передаче информации по адресу получателя задаётся маршрут движения пакетов по сети с помощью маршрутизаторов. Самый простой маршрутизатор – это таблица с указанием на какой следующий узел нужно направить пакет, более сложные маршрутизаторы учитывают загруженность каналов передачи данных и т.д. В глобальных сетях, содержащих миллионы узлов, задачу поиска оптимальных маршрутов решают с помощью нейросетевых компьютерных экспертных сетей.

При приёмке информации осуществляется приёмка, запись пакетов и передача на следующий уровень.

Уровень соединения (канальный, передачи данных) – данный уровень описывает правила совместного доступа к физической среде передачи данных приёмо-передающими устройствами.

Из пакетов, поступающих с сетевого уровня, формируются кадры или последовательности кадров. Различают кадры информационные и служебные. Служебные кадры позволяют получить отправителю подтверждение о получении кадра получателем.

Функции канального уровня реализуют сетевые карты компьютеров совместно с драйверами и различное коммуникационное оборудование: коммутаторы, модемы, мосты и т.д.

Физический уровень – передача данных по сети связи путём кодирования цифровой информации.

На компьютере получателя происходит обратный процесс: переход от бит до документа.

Данная модель стандартизации постоянно подвергается критике из-за её сложности.

Известны также эталонные модели взаимодействия открытых систем WareNet фирмы Nowell, модель TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). В сети Интернет используют четырёхуровневую модель TCP/IP, включающую прикладной (протоколы TELNET, FTP, SMTP, DNS, NNTP, HTTP), транспортный (TCP и UDP), сетевой (IP), объединённый уровень: канальный и физический.