Информатика как основообразующая дисциплина формирования информсреды образования (стр. 10 )

контроль за командой (в случае необходимости - операционная тревога);

В этом примере могут возникать как вмешательства, так и внутренние события (как ошибочные ситуации во время выполнения команды, например деление на нуль), которые влекут прерывание выполняемой программы. Возникновение вмешательства или тревоги ведет к прерыванию программы, выполняемой в данное время процессором. Конечно, выполнение программы или, точнее, такта работы не может прерываться в любом его месте, а только в таких местах, которые сделают возможным последующее продолжение выполнения прерванной программы. Поэтому при возникновении прерывания должна быть спасена вся та информация о состоянии программы (в том числе и содержимое относящихся к делу регистров), которая необходима для того, чтобы позднее можно было корректно продолжить выполнение данной программы. Конкретное представление состояния процесса (зафиксированное в регистрах) должно быть запомнено.

Совокупность содержимого этих регистров называют состоянием процессора пользовательской программы, которое является составной частью контекста процесса. Спасение состояния процессора путем его запоминания, так же как и выполнение соответствующих управляющих действий (занесение прерванного заказа в предназначенную для этого очередь ожидания), образует первую часть обработки прерывания.

После запоминания состояния прерванной программы включается в работу программа ОС, которая в соответствии с причиной прерывания принимает необходимые организационные меры. Не исключено, что во время проведения этих мер возникнет новое вмешательство или тревога и тем самым возникнет необходимость нового прерывания. Однако нет особенного смысла и, по меньшей мере, опасно прерывать саму обработку прерывания, Поэтому вводится концепция блокировки прерывания.

Концепция блокировки прерываний технически означает, что при выполнении программы ОС вводится специальный триггер, вследствие чего вмешательство не влечет за собой немедленного прерывания. В сложных ОС могут существовать иерархии различного рода блокировок прерываний, которые откладывают реакцию только на определенные вмешательства, а при других разрешают прерывания.

Установление блокировки прерываний, как и ряд других команд (установка некоторых регистров или часов и т. п.), должно быть привилегированной командой. Такие команды должны быть доступны для использования только системным программистам и операторам ЭВМ, но недоступны для обычных пользователей. Тем самым обеспечивается, что обычный пользователь не может - нечаянно или умышленно - недозволенным образом воздействовать на поведение системы. Если бы пользователю было позволено, например, устанавливать блокировку прерываний, то он мог бы нежелательным образом, скажем, зарезервировать процессор исключительно для себя.

В вычислительных системах с концепцией прерываний различается тем самым два режима работы системы:

·  нормальный режим (или режим пользователя), в котором выполняются пользовательские программы и системные программы в расширенном смысле (например, трансляторы); в этих программах не допускается использование привилегированных команд, и программы работают с виртуальными адресами;

·  системный режим (или привилегированный режим), в котором выполняются программы ОС; в этих программах могут беспрепятственно выполняться и привилегированные команды, и в них может использоваться адресация физических запоминающих устройств.

Существует явное различие между системными режимами с блокировкой и без блокировки прерываний. Это различие определяется концепцией прерываний. Это можно пояснить следующим образом:

Возврат из системного вызова осуществляется командой REI (без признака; без адреса; "return from interrupt" - возврат из прерывания). Пользовательская программа доступна системе через стек, называемый системным стеком. Команда СНМК (без признака; "change modus to kernel" - установить режим системы) запоминает в системном стеке минимум информации, необходимой для последующего продолжения программы. Запоминаются следующие три значения в указанном здесь порядке:

·  числовой признак (адрес) вызываемой системной службы;

·  текущее значение счетчика команд;

·  текущее значение регистра, в котором хранится слово состояния программы PSW (от англ. Program State Word. - Пер.).

В заключение устанавливается в качестве рабочего режим системы и соответствующее PSW. В счетчик команд заносится начальный адрес запрошенной службы системы.

Состояние программы складывается из совокупности всех характеристических величин, которые существенны для выполнения программы. Обратим внимание, что при этом (то есть сообразно концепции прерываний) можно восстановить содержимое всех имеющих отношение к выполнению программы регистров, вплоть до реального времени.

Состояние программы какого-либо процесса описывается через конкретизацию регистров процессора, если только программа фактически выполняется. Если выполнение программы прервано и она перестает быть активной, то состояние программы сохраняется в блоке управления процессом. Этот блок охватывает следующую информацию:

·  указатель стека в режиме системы,

·  указатель стека в режиме пользователя,

·  содержимое регистров

·  слово состояния процессора PSW,

·  начальный адрес и длину (число страниц) таблицы страниц области памяти для пользовательской программы,

·  начальный адрес и длину таблицы страниц для стека пользователя.

Понятие: Синхронизация – одна из важных концепций ОС.

Комментарий: В мультипрограммных и мультипроцессорных системах часто бывает, необходима синхронизация хода выполнения определенных участков программы. Такая синхронизация может быть осуществлена с помощью семафоров. Однако аппаратура часто предоставляет лишь примитивные механизмы синхронизации, на которые и должна опираться реализация семафоров. Для синхронизации имеется в распоряжении следующая команда: JBSSI ("jump on bit set and set interlocked"). Эта команда выполняется как неделимое целое, и поэтому ее выполнение не может быть прервано. Команда использует три операнда:

JBSSI а, Р, у.

С помощью этих операндов адресуется бит в массиве битов. При этом пусть Р, у - операнды-спецификации; a - относительный адрес (число бит) бита в байте, заданном адресом р. Выполнение команды JBSSI а, р, у влечет следующее изменение состояния:

·  занесение в счетчик команд значения, специфицированного с помощью у.

·  в этот бит заносится значение L.

Итак, эта команда в любом случае приводит к состоянию, в котором упомянутый бит, имеет значение L. Если перед выполнением команды этот бит уже имел значение L, то в счетчик команд заносится соответствующее значение. Про такого рода команды говорят также как о "test and set^-командах (т. е. командах проверки и установки). Команда

JBCCI ("jump on bit cleard and clear interlocked)

действует аналогично команде JBSSI с той разницей, что в счетчик команд заносится значение у, если упомянутый бит имеет значение О и этот бит в любом случае получает значение О. Таким образом с помощью этих двух команд могут быть реализованы семафоры.

Другой классический пример примитивного механизма синхронизации на машинном уровне - это команды, которые за одно-единственное неделимое привилегированное действие обменивают содержимое определенных ячеек памяти и, соответственно, регистров. При этом в мультипроцессорных системах на уровне аппаратуры обеспечивается, что по мере необходимости в каждый момент времени только один процессор может производить такой обмен.

Реализация семафоров через описанные команды является типичным примером для системного программирования, при котором сочетается использование команд и вызовов служб системы.

Понятие: Сегментация – одна из важных концепций ОС.

Комментарий: Общее количество ячеек памяти (адресов), на которые пользователь может ссылаться в процессе выполнения своей программы, называют адресным пространством пользователя. Часто адресное пространство ЭВМ делится на определенные сегменты, в которые объединяются (по содержанию или организационно связанные друг с другом) ячейки памяти. Сегменты могут идентифицироваться обозначениями. Каждый сегмент обладает начальным адресом, каковым является адрес первой ячейки, входящей в этот сегмент, и тогда на ячейки памяти в сегментах ссылаются с помощью относительной адресации, используя начальный адрес сегмента. Длины сегментов (то есть числа входящих в них ячеек памяти) могут быть различны и даже динамически изменяться. При этом в оперативной памяти сегменты физически не обязательно должны быть представлены связно, и не обязательно все сегменты должны одновременно быть в оперативной памяти.

В общем случае для многих ОС справедливы следующие высказывания:

·  адресное пространство контекста процесса состоит из нескольких сегментов (число которых может изменяться);

·  для каждой части программы и каждой области данных выделяется один сегмент (включая данные для регулирования права доступа и свойств);

·  доступ к содержимое сегментов осуществляется с помощью пары (В, р), состоящей из обозначения сегмента В и относительного адреса р;

·  части программы в своих сегментах организуются как подпрограммы.

С помощью техники сегментирования в ОС создается виртуальное адресное пространство. Программисту в этом случае не нужно думать и программировать, учитывая технически (физически) заданную структуру памяти, а нужно лишь организовать свою программу в сегментах. Отображение виртуального адресного пространства на физическое осуществляет ОС.

Пример (реализация сегментирования). Сегментирование можно осуществить следующим образом. Для каждой секции программы заводится таблица сегментов. ОС управляет регистром таблицы сегментов, который содержит адреса таблиц сегментов отдельных секций. Таблица сегментов содержит (перенумерованные) сегменты пользовательской секции. Таким образом, адрес ячейки в сегменте состоит из номера таблицы, номера сегмента и относительного адреса.

Сегментирование имеет следующие важные преимущества:

·  простоту структуры доступа к ячейкам для пользователя,

·  наглядную организацию прав доступа.

Понятие: Метод страничного обмена – важнейшая концепция ОС.

Комментарий: Несмотря на применение полупроводниковой памяти, и больших интегральных схем для построения оперативной памяти, во многих ситуациях ее емкость оказывается все же недостаточной для одновременного размещения всех находящихся в машине программ и используемых в них данных. Поэтому непосредственно в оперативной памяти обычно держат лишь часть этой информации, а остальную размешают во внешней памяти.

Распространенная методика работы с памятью исходит из гораздо большей по емкости фиктивной, виртуальной оперативной памяти, чем фактически имеющаяся в распоряжении память. Эта виртуальная память делится на части одинакового размера (страницы, англ. pages), и в физической оперативной памяти держится только ограниченное число страниц. Если нужно обратиться для чтения или записи к странице, которой нет в оперативной памяти, то эта страница переносится из внешней памяти в оперативную. Для этого нужно предварительно какую-либо страницу из оперативной памяти перенести во внешнюю, чтобы освободить место в оперативной памяти. Здесь мы также говорим о виртуальной' памяти и специально о методе страничного обмена (англ. paging).

При этом методе физическая оперативная память делится на некоторое число кусков (изразцов), которые по мере необходимости могут принимать на хранение страницы виртуальной памяти. При этом виртуальное адресное пространство программы соответствует числу страниц. Физическая оперативная память и различного рода внешняя память соответствуют числу изразцов. Соответствие номеров страниц и номеров изразцов задается таблицей страниц (называемой также таблицей страница-изразец). Тогда виртуальный адрес состоит из номера страницы и номера ячейки в странице (относительного адреса в странице), а физический адрес в оперативной памяти - из номера изразца и номера ячейки в нем. Если желаемая страница находится не в оперативной памяти (в таблице страниц не содержится номера изразца), а во внешней, то она переносится в оперативного память и записывается в некоторый ее изразец. При этом в случае необходимости, чтобы освободить этот изразец, хранящаяся в нем страница переносится во внешнюю память.

Важной составной частью метода страничного обмена является стратегия обмена страниц.

Под стратегией обмена страниц понимается способ решения вопроса о том, когда и какая страница должна загружаться в оперативную память и, наоборот, переноситься во внешнюю память. Можно стараться держать в оперативной памяти почти все адресное пространство секции, или - другая крайность - только очень немного страниц из секции. Если выбрать неудачную стратегию, то это может привести к "страничному флаттеру" - слишком частому обмену страницами. Тогда будет выполняться слишком много команд транспортирования. Темп обмена страницами будет столь высоким, что каналам и внешней памяти трудно будет работать согласованно и время выполнения программы будет слишком большим.

Метод страничного обмена для управления оперативной памятью имеет следующие преимущества:

·  Благодаря делению памяти на части можно достичь гибкого предоставления и расширения предоставленной пользователю памяти без перезапоминания в оперативной памяти.

·  Возникает существенно большее виртуальное адресное пространство, чем имеющееся физически.

·  Возможно перекрытие памяти. Благодаря этому поддерживается выполнимость секций, чьи программы и данные не полностью находятся в оперативной памяти.

·  Общие отрезки памяти просто управляемы.

Метод страничного обмена служит для организации распределения такого ресурса, как оперативная память. Для организации адресного пространства отдельных секций служит сегментирование. Иногда используется комбинация сегментирования и страничного обмена.

Понятие: Релокация программ – одна из важных концепций ОС.

Комментарий: При мультипрограммном режиме выполняемая программа может многократно переноситься из внешней памяти в оперативную и наоборот. При этом было бы затруднительно требовать, чтобы она каждый раз занимала одно и то же абсолютное место в оперативной памяти. Следовательно, пользовательские программы должны быть оформлены так, чтобы они были перемещаемы в памяти. Поэтому обычно работают с относительно адресованными программами, которые помещаются в сегменты.

Сегменты - это интервалы в виртуальной памяти, которые характеризуются начальными и конечными адресами.

Описанная техника адресации может быть легко поддержана аппаратурой. С этой целью предусматриваются два регистра для хранения начального и конечного адресов. Эти регистры назовем регистром базы и регистр конца. При выполнении программы ее адресация ведется относительно содержимого регистра базы (динамическая фиксация), а с помощью регистра конца проверяется, используется ли допустимый адрес (защита памяти).

Загрузка регистра базы и регистра конца осуществляется привилегированной командой, которая доступна только операционной системе (в противном случае было бы невозможно обеспечить защиту памяти). В режиме защиты памяти при этом обеспечивается доступ для системных программ к необходимой им информации, что есть абсолютная адресация. Таким образом, существуют и реализуются различные виды адресации.

Понятие: Одновременное использование подпрограмм – одна из важных концепций ОС. Реентерабельные фрагменты программ.

Комментарий: Определенные программные части (хранимые в определенных сегментах) в мультипрограммном режиме используются во многих секциях. Было бы неэффективно и расточительно, если бы каждая секция обладала своей копией соответствующих кодов. Поэтому такие отрезки кодов помещают в специальные области памяти для совместного использования. Чтобы подпрограмма могла использоваться одновременно, несколькими программами, требуется принять перечисленные ниже меры предосторожности. Эти меры могут быть поддержаны аппаратурой, например путем введения специального регистра (см. трансляционный регистр в [SEEGMULLER 761]) или путем соблюдения соответствующей дисциплины программирования.

Фрагмент программы, который в отношении адресных пространств гарантирует его корректное выполнение без каких-либо мер для взаимных исключений, называется РЕЕНТЕРАБЕЛЬНЫМ (инвариантным к входу, с повторной входимостью, англ. reentrant).

Технически это означает, что специфичные для программы адреса и данные управляются только через специальные организационные адреса, которые должны удовлетворять определенным условиям. Таким образом, при составлении реентерабельных программ необходимо обращать внимание на следующие требования:

·  внутри сегмента, который содержит реентерабельную подпрограмму, нельзя что-либо запоминать;

·  все ячейки памяти, содержимое которых изменяется при выполнении подпрограммы, управляются через передающий регистр и находятся в области памяти, предоставляемой вызывающей программой;

·  защита памяти ограничена;

·  загрузка передающего регистра является привилегированной командой;

·  управление параметрами и вспомогательными ячейками должно производиться по определенным правилам.

Вообще при оформлении программ рекомендуется обращать внимание на некоторые из показанных выше пактов, так как благодаря этому повышается надежность и устойчивость (робастность) программ.

Понятие: Управление устройствами ввода/вывода – одна из важных концепций ОС.

Комментарий: Выделение устройств осуществляется ОС по запросам пользовательских программ на ввод/вывод. Данные с устройства ввода передаются в оперативную память с помощью канала, работающего по заказам ОС; вывод осуществляется аналогично, но в обратном направлении.

Внешняя память и устройства ввода/вывода работают по электромеханическим принципам и потому по сравнению с процессором и оперативной памятью, которые работают по чисто электронным принципам, имеют существенно меньшее быстродействие. Поэтому процессор и эти устройства работают асинхронно и связаны между собой с помощью каналов. Технически канал является достаточно простым, программно управляемым устройством, которое может выполнять простые канальные программы. Каждая такая программа состоит из последовательности команд, которые и управляют движением данных, протекающих через канал.

Как и процессор, каналы работают с памятью самостоятельно. Поэтому говорится, что в такой системе имеется много активных компонент или интерпретирующих устройств.

Каналы могут приводиться в действие следующими двумя способами:

·  через прерывание: каналы прерывают выполнение пользовательской программы, чтобы заполнить от процессора новый заказ для себя (англ. interrupt);

·  через повторяющиеся опросы: процессор периодически опрашивает каналы, чтобы узнать, можно ли выдать каналу новый заказ (англ. polling).

Различные возникающие в работе системы ситуации при мультипрограммном режиме снова могут быть описаны как изменение состояний системы.

Понятие: Структуры и структурирование ОС.

Комментарий: Операционные системы (ОС) - это большие и сложные программные структуры, поэтому рекомендуются тщательно структурированное их построение. Для этого обычно ОС разделяется на слои. Самые нижние два слоя часто обозначаются как ядро ОС, которое охватывается одной программой. Имеется много разных ОС. Это многообразие обусловлено различными областями применений, режимами работ и вычислительными машинами. Отсюда запросы потребителей и коммерческие аспекты определяют выбор используемых на практике ОС.

В конечном счете основные требования к современным ОС связаны с обеспечением их взаимных совместимостей, надежности, а главное, высокой производительности вычислительных систем (ВС).

В связи с требованиями эффективности, загруженности оборудования и удобств для пользователей уже в системах с пакетным режимом обработки, но еще сильнее в системах с диалоговым режимом или реального времени, большое число различных заданий выполняется одновременно, то есть параллельно. С машинной точки зрения это означает лишь то, что снова и снова выполняются некоторые фрагменты машинных команд. В однопроцессорных системах всегда выполняется последовательная программа. Однако при проектировании ОС важно отдельные комплексы задач трактовать как самостоятельные процессы. Это приводит к процессно-ориентированному взгляду со стороны ОС.

Понятие: Процессно-ориентированные структуры ОС.

Комментарий: Казалось бы, проще всего программировать выдачу запросов к операционной системе (ОС) в виде вызовов процедур. Однако это означает, что заказчик непосредственно ждет окончания выполнения запроса. Если же заказчик не должен ждать, а в это время мог бы выполнять какие-либо другие работы, то вызов процедуры должен быть разбит на два акта коммуникации:

·  выдачу запроса (включая передачу параметров),

·  обратное сообщение об окончании выполнения запроса (включая передачу результатов).

Поэтому ОС естественно моделировать не последовательной программной системой, при которой выдача запросов производится путем вызова процедур, а в виде системы параллельно выполняющихся программ (системы процессов).

Такой процессно-ориентированный взгляд на ОС полезен также при моделировании консоли оператора.

Консоль оператора служит в качестве устройства ввода/вывода и с точки зрения системного программирования может трактоваться как самостоятельный процесс. Однако вводы с консоли имеют совсем особое значение. Эти вводы в процессе работы системы воспринимаются как управляющие воздействия и решающим образом влияют на поведение системы.

Такими воздействиями оператора являются:

·  нажатие кнопки «стоп»,

·  досрочное прекращение выполнения пользовательской программы,

·  досрочное прекращение определенной части запроса,

·  замена запоминающих сред (диски, ленты),

·  управление пользователями,

·  изменение состояния системы,

·  изменение системных данных (например, приоритетов).

С процессно-ориентированной точки зрения ОС моделируется как организация семейства выполняющихся программ, которые преследуют собственные цели и общаются между собой. Поэтому целесообразно создавать ядро ОС, которое содержит некоторое число основных процессов, реализующих соответствующие фикции системы. Полная ОС может быть создана путем расширения ядра. Для переноса ОС на другие вычислительные системы (ВС) первоначально требуется реализация только ее ядра.

В заключение суммируем: ОС служит следующим целям эксплуатации, которые отчасти противоречат друг другу:

·  удобство для пользователей (простая, ясная структура системы), приспособляемость к требованиям использования;

·  эффективность, высокая пропускная способность, краткость времен ожидания и пребывания в системе, хорошая загрузка устройств;

·  защита данных и их сохранность;

·  надежность;

·  переносимость.

Разработка соответствующих концепций ОС, их развитие и приспособление к новым ситуациям эксплуатации является одной из основных задач информатики.

Понятие: Функции и характеристики сетевых операционных систем (ОС).

Комментарий (из лекций проф. ): Различают сетевые операционные системы (ОС) со встроенными сетевыми функциями и оболочки над локальными ОС. По другому признаку классификации различают сетевые ОС одноранговые и функционально несимметричные (для систем "клиент/сервер").

Основные функции сетевой ОС:

·  управление каталогами и файлами;

·  управление ресурсами;

·  коммуникационные функции;

·  защита от несанкционированного доступа;

·  обеспечение отказоустойчивости;

·  управление сетью.

Управление каталогами и файлами является одной из первоочередных функций сетевой операционной системы, обслуживаемых специальной сетевой файловой подсистемой. Пользователь получает от этой подсистемы возможность обращаться к файлам, физически расположенным в сервере или в другой станции данных, применяя привычные для локальной работы языковые средства. При обмене файлами должен быть обеспечен необходимый уровень конфиденциальности обмена (секретности данных).

Управление ресурсами включает запросы и предоставление ресурсов.

Коммуникационные функции обеспечивают адресацию, буферизацию, маршрутизацию.

Защита от несанкционированного доступа возможна на любом из следующих уровней:

-  ограничение доступа в определенное время, и (или) для определенных станций, и (или) определенное число раз;

-  ограничение совокупности доступных конкретному пользователю директорий;

-  ограничение для конкретного пользователя списка возможных действий (например, только чтение файлов);

-  пометка файлов символами типа "только чтение", "скрытность при просмотре списка файлов".

Отказоустойчивость определяется наличием в сети автономного источника питания, отображением или дублированием информации в дисковых накопителях.

Отображение заключается в хранении двух копий данных на двух дисках, подключенных к одному контроллеру.

Дублирование означает подключение каждого из этих двух дисков к разным контроллерам. Сетевая ОС, реализующая дублирование дисков, обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости.

Дальнейшее повышение отказоустойчивости связано с дублированием серверов.

Чем сложнее сеть, тем острее встают вопросы управления сетью.

Основные функции управления сетью реализуются в программном обеспечении (ПО), поддерживающем протоколы управления такие, как ICMP и SNMP или протокол ISO для семиуровневой модели CMIP (Common Management Information Protocol). Это ПО представляется менеджерами и агентами. Менеджер это прикладная программа, выдающая сетевые команды. Агенты доводят эти команды до исполнительных устройств и сигнализируют о событиях в состоянии устройств, они следят за трафиком и фиксируют аномалии, помогают восстановлению информации после сбоев, борются с вирусами и т. п.

В сетевых ОС обычно выделяют ядро, реализующее большинство из перечисленных функций и ряд дополнительных программ (служб), ориентированных на реализацию протоколов верхних уровней, организацию распределенных вычислений и т. п.

К сетевому программному обеспечению относятся также драйверы сетевых плат, различные для разных типов ЛВС (Ethernet, TR, AppleTalk и др.). Но и внутри одного типа ЛВС имеется много плат с разными характеристиками интеллектуальности, скорости, объема буферной памяти.

В настоящее время (в период, приблизительно с 1998 г.) выбор среди ОС происходит преимущественно между тремя основными системами - UNIX, Windows NT, Novell Netware.

Областью применения ОС UNIX остаются крупные TCP/IP корпоративные сети. Отличительные свойства UNIX - высокая надежность, возможность легкого масштабирования сети.

Windows NT предназначена для работы в сетях "клиент/сервер", ориентируется преимущественно на рабочие группы и средние сети, популярность этой ОС быстро растет. ОС асимметрична - включает серверную (Windows NT Server) и клиентскую (Windows NT Workstation) части.

Novell Netware пока сохраняет свои позиции в небольших сетях. Состоит из серверной части и оболочек Shell, размещаемых в клиентских узлах.

Понятие: Виды передач и структура сетевых сообщений.

Комментарий: Связь между конечными узлами (станциями) сети для передачи сообщений может осуществляться следующим образом:

·  связь по проводам (линиям связи): вызывающая и вызываемая станции данных соединяются между собой физическим передающим каналом, для чего выбирается подходящая последовательность имеющихся в сети линии связи между отдельными станциями;

·  связь по памяти: здесь не существует сквозной связи между этими двумя станциями. Передача сообщения осуществляется через многие отдельные передачи, так что сообщение достигает адресата через ряд промежуточных станций. Пересылаемые данные временно запоминаются в промежуточных узлах связи и так шаг за шагом переправляются к получателю. Если при этом сообщение передается целиком, то говорится о пересылке сообщения, а в противном случае - о пакетной пересылке (сообщение разлагается на порции, которые поочередно и передаются). Оба этих способа передачи могут комбинироваться.

Структура сообщений является их важнейшим свойством. Информация, подлежащая передаче в сети, должна быть представлена техническими средствами. Для этого необходимы точные соглашения, стандарты, которые являются обязательной предпосылкой проектирования и построения сетей.

Наряду с собственно информацией сообщение должно содержать данные об адресате и об используемых отрезках пути (маршруте передачи сообщения). Правила построения сообщения, его форма и значение, которые должны применяться в сети, называются протоколами.

Протоколы часто имеют иерархическую структуру, что соответствует абстрагированию между технической реализацией (сигналы) и применениями. Это соответствует принципу абстракции в информатике, как это можно найти и в языках программирования. Каждый уровень (слой) этой иерархии представляет определенную абстракцию физических процессов передачи. Слой В, лежащий непосредственно под слоем А, представляет воплощение (реализацию) слоя А, то есть содержит определенные дополнительные детали.

Пример (модель ISO-протокола). ISO-модель является схемой структурирования протокола. Он расчленяется в иерархию аспектов коммуникации (называемых слоями) от пользовательских процессов до физической передачи сигналов по линиям связи:

·  слой применения - передача данных, ориентированная - на пользователя,

·  слой представления - выбор представления данных для передачи,

·  слой сеанса - координация процесса коммуникации,

·  слой транспортировки - детали передачи данных,

·  слой устройства сети - выбор пути для передачи данных,

·  слой связи - корректировка ошибок передачи,

·  физический слой - передача последовательностей битов.

Протоколы являются центральным звеном для концепции передачи сообщений в сетях переработки информации. Построение обширных вычислительных сетей дает новые возможности информационной обработки. Эти особенности важны также для нецентрализованного использования больших банков данных и обмена данными из различных областей применения.

Именно в связи с вычислительными сетями возникает также целый ряд политических и общественных вопросов, которые связаны с сохранностью данных и их защитой от несанкционированного доступа (в том числе и в образовании). Задача специалистов по информатике - постоянно иметь в виду эти вопросы при реализации и использовании вычислительных сетей.

Понятие: Транспортные и сетевые протоколы в корпоративных сетях (модули разработаны по материалам лекций по дисциплине «Информатика» д. т.н. проф. ).

Комментарий: В территориальных и корпоративных сетях со сложной разветвленной структурой для передачи сообщений от отправителя к адресату имеется много альтернативных маршрутов. Эти маршруты, как правило, включают не только конечные узлы отправителя и получателя, но и ряд промежуточных узлов и сетей.

Проблема обеспечения передачи информации между сетями, то есть. проблема обеспечения взаимодействия различных сетей в составе интегрированной сети, в англоязычной литературе носит название Internetworking. Это взаимодействие выражено функциями транспортного и сетевого уровней в семиуровневой модели ISO.

Функции транспортного уровня реализуются в конечных узлах.

К ним относятся:

·  разделение пакета на дейтаграммы, если сеть работает без установления соединения;

·  сборка сообщений из дейтаграмм в узле-получателе;

·  обеспечение заданного уровня услуг, включающих заказ времени доставки, типа канала связи, возможности сжатия данных с частичной потерей информации (как, например в алгоритме JPEG);

·  управление сквозными соединениями в сети с помощью специальных команд запроса соединения, разъединения, передачи, приема, регистрации и др.

Назначение сетевых протоколов - приспособление пакетов к особенностям промежуточных сетей и выбор направления передачи пакетов (маршрутизация). В список основных функций входят:

·  формирование пакетов с учетом требований промежуточных сетей (дополнение пакетов транспортного уровня обрамлением, включающим флаги, сетевые адреса получателя и отправителя, служебную информацию);

·  управление потоками;

·  маршрутизация;

·  обнаружение неисправностей;

·  ликвидация "заблудившихся" дейтаграмм и т. п.

Наиболее широко используемыми протоколами на сетевом уровне являются протоколы IP (Internet Protocol), X.25, IPX (Internet Packet Exchange) и на транспортном уровне TCP (Transmission Control Protocol) и SPX (Sequence Packet Exchange). Последние входят в систему протоколов TCP/IP и SPX/IPX соответственно. Протоколы TCP/IP первоначально были разработаны для сети ARPANET, а затем на их основе стала развиваться сеть Intеrnet. Протоколы SPX/IPX разработаны и применяются фирмой Novell для сетей Novell Netware, объединяющих персональные ЭВМ. Протоколы X.25 разработаны ITU и включают части для физического, канального и сетевого уровней.

Управление потоками данных в сетях.

Это одна из функций сетевого уровня, включающая управление нагрузками и борьбу с блокировками. Различают несколько уровней управления.

·  Межузловое управление связано с распределением буферной памяти в промежуточных узлах (выделением каждому направлению определенного числа буферов), сводящееся к ограничению длин канальных очередей.