Современные информационные системы обладают в той или иной степени свойством открытости.
Имеется несколько аспектов открытости. Во-первых под открытостью системы обычно понимают ее модифицируемость, т.е. приспособленность системы к модификациям с целью адаптации к изменяющимся условиям использования. Вторым аспектом открытости информационной системы является ее интегрируемость (сопрягаемость) с другими системами при создании более сложных
надсистем, например, интегрируемость СУБД с программами, выполняющими проектные или бизнес процедуры в составе корпоративной
автоматизированной системы. Третий аспект открытости системы — переносимость (мобильность) создаваемого
программного обеспечения на различные аппаратные платформы.
Открытость подразумевает выделение в системе интерфейсной части (входов и выходов), обеспечивающей сопряжение с другими системами или
подсистемами, причем для комплексирования достаточно располагать сведениями только об интерфейсных частях сопрягаемых объектов. Эти интерфейсные части должны быть выполнены в соответствии с определенными правилами и соглашениями, которых должны придерживаться все создатели открытых систем определенного приложения.
Очевидно, что функционирование современных вычислительных сетей и систем связи без принятия совокупности соответствующих стандартов было бы невозможным, так как в информационных системах используется оборудование и программное обеспечение, создаваемое многими производителями. К числу стандартов, разработанных для обеспечения открытости информационных систем, относятся стандарты ISO (Intrenational Standard Organization), представляющие
эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС).
ЭМВОС была введена в стандарте ISO 7498 в 1983 г. В стандарте выполнена структуризация распределенных информационных систем (сетей) в виде разделения функций систем на группы, называемые уровнями ЭМВОС. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники, т.е. является выражением открытости систем.
Функции информационных систем должны поддерживаться соответствующими
протоколами. При этом под протоколом понимается набор семантических и синтаксических правил, определяющий поведение функциональных блоков информационной системы при ее функционировании. В частности, в информационных сетях протоколы задают способы представления данных, обеспечивающие их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена.
В значительной мере в ЭМВОС учтен опыт создания предыдущих систем протоколов, в том числе
TCP/IP, и потому ЭМВОС от ISO признана международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей. Отметим, что
стеком протоколов называют совокупность взаимосвязанных стандартов, обеспечивающих функционирование конкретной сети. Другое близкое понятие — профиль открытой системы, под которым понимают совокупность стандартов и других нормативных документов, обеспечивающих выполнение системой заданных функций.
Унификация и стандартизация протоколов выполняются рядом международных организаций, к ним, наряду с ISO, в частности, относятся Международный телекоммуникационный союз (International Telecommunication Union —
ITU, ранее называвшийся CCITT), Институт инженеров по электротехнике и электронике (
IEEE — Institute of Electrical and Electronics Engineers),
ECMA (European Computer Manufacturers Association),
EIA (Electronic Industries Association),
ANSI (American National Standards Institute) и др. В рамках
Internet выработкой спецификаций, являющихся рекомендациями или стандартами, называемыми
RFC (Request for Comments), занимается группа
IETF (Internet Engineering Task Force).
Наряду с ЭМВОС, предложенной ISO, в вычислительных сетях находят применение и ряд других моделей. Наиболее известной является модель, поддерживаемая стеком протоколов TCP/IP. В силу исторических причин именно эта модель является основой Internet и потому наиболее распространенной. Другие известные системы протоколов — стек IPX/SPX компании Novell, протокол сетевого расширения базовой системы ввода/вывода NetBIOS, стек протоколов
сети X.25 и др. Отметим, что обычно стеком называют набор протоколов, используемых совместно.
ЭМВОС содержит семь уровней.
- физический уровень (Physical): на этом уровне осуществляется представление информации в виде электрических или оптических сигналов, реализуются функции преобразования формы сигналов, выбираются параметры физических сред передачи данных.
- канальный уровень (Link, уровень звена данных): канальные протоколы описывают услуги по обмену данными между соседними узлами и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих на физическом уровне. Кадром называют пакет канального уровня, пакеты на следующих уровнях могут состоять из одного или многих кадров. В локальных вычислительных сетях канальный уровень расщеплен на два подуровня: управление доступом к среде (MAC — Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC — Logical Link Control). К подуровню LLC относится часть функций канального уровня, не связанных с особенностями передающей среды. На подуровне MAC осуществляется доступ к каналу передачи данных.
- сетевой уровень (Network): сетевые протоколы используют для управления передачей пакетов через промежуточные узлы и сети, для контроля нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети, для маршрутизации пакетов, т.е. определения и реализации маршрутов, по которым передаются пакеты. Маршрутизация сводится к определению логических каналов. Логическим каналом (виртуальным каналом) называют такое соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала необязательно соответствие некоего физического соединения линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения.
- транспортный уровень (Transport): предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных. В соответствии с транспортными протоколами обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от предыдущего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети), осуществляются мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанной скорости и надежности передачи). На транспортном уровне пакеты обычно называют сегментами.
- сеансовый уровень (Session): предназначен для организации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) сети. На этом уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.
- представительный уровень (Presentation): реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из кода EBCDIC в ASCII и т.п.
- прикладной уровень (Application): включает средства управления прикладными процессами; эти процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий, обмениваться между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Уровень включает, например, такие средства для взаимодействия прикладных программ, как прием и хранение пакетов в "почтовых ящиках".
В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функций, тогда соответственно в сети имеется лишь часть уровней.
Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень На сетевом уровне сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т.е. происходит инкапсуляция сегментов в пакеты). При передаче между узлами промежуточной ЛВС происходит разделение пакетов на кадры (т.е. инкапсуляция пакетов в кадры). Структура образующегося кадра предатсвлена на рис. 1. В приемном узле сегменты декапсулируются и восстанавливается исходное сообщение.