Система стандартов и концепция открытых систем. Основные понятия Лаборатория Открытых информационных технологий Проф. В.А. Сухомлин

Система стандартов и концепция открытых систем Концепция открытых систем относится к важнейшим глобальным концепциям развития области ИТ. Ее разработка открыла новый этап в процессе стандартизации ИТ, характеризующийся системным подходом к разработке стандартов. В данной концепции обосновывается экономическая целесообразность перехода к открытым системам ИТ, т.е. системам, удовлетворяющим свойствам открытости. Практическое воплощение данной концепции обеспечивает оптимальные условия для инвестиций в ИТ.

Основные свойства открытости переносимость и переиспользуемость программного обеспечения, данных и опыта людей; интероперабельность, т.е. возможность взаимодействия компонентов распределенной системы посредством обмена информацией и ее совместного использования; масштабируемость как свойство сохранения работоспособности системы ИТ в условиях варьирования значений параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы и/или поддерживающей среды.

Открытость и стандартизация Открытость систем достигается на основе стандартизации их поведения, наблюдаемого на границах систем или их интерфейсах. Таким образом, под открытыми системами следует понимать системы, обладающие стандартизованными интерфейсами. Р ешение проблемы открытости систем основывается на стандартизации интерфейсов систем и протоколов взаимодействия между их компонентами.

Основные документы, отражающие методологическую основу концепции открытых систем 1) Технический отчет ISO/IEC TR Framework and taxonomy of International Standardized Profiles (Основы и таксономия международных стандартизованных профилей) в трех частях [1, 2, 3], включая: - Часть 1: General Principles and Documentation Framework (Общие принципы и основы документирования). - Часть 2: Principles and Taxonomy for OSI Profiles (Принципы и таксономия профилей взаимосвязи открытых систем). - Часть 3: Principles and Taxonomy for Open System Environment Profiles (Принципы и таксономия профилей окружений открытых систем). 2) Эталонная модель окружения (среды) открытых систем (RM OSE) - ISO/IEC DTR 14252, Portable Operating System Interface for Computer Environments - POSIX. (IEEE, P1003.0, Draft Guide to the POSIX Open System Environment). 3) Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (RM OSI) - ISO 7498:1996, Information processing systems - Open Systems Interconnection - Basic Reference Model [ITU-T Rec. X.200].

Основные понятия 1) Стандарт (по определению ISO). Технический стандарт или другой документ, доступный и опубликованный, коллективно разработанный или согласованный и общепринятый в интересах тех, кто им пользуется, основанный на интеграции результатов науки, технологии, опыта, способствующий повышению общественного блага и принятый организациями, полномочными на национальном, региональном и международном уровнях. 2) Базовый стандарт (base standard) [1], также иногда используются термины формальный стандарт или стандарт de-ure. Международный стандарт, принятый международной организацией по стандартизации ISO (International Standard Organization), или рекомендация международного союза по телекоммуникациям ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication). 3) Эталонная модель (Reference Model) [4]. Структурированная коллекция понятий и их взаимосвязей некоторой предметной области, определяющая структуру данной области и описанная достаточно общими средствами. По существу эталонная модель является формой метазнаний, определяющих принципиальную декомпозицию (архитектурную спецификацию) конкретной предметной области.

Основные понятия (продолжение) 4) Система ИТ или ИТ-система (IT system) (или по тексту просто система, если это не вызывает двусмысленности) [1]. Совокупность ресурсов информационных технологий, предоставляющая сервис (услуги) на одном или большем числе интерфейсов в соответствии с заданными спецификациями. В стандартах POSIX аналогичным понятию системы ИТ является понятие прикладной платформы (application platform). 5) OSE (Open Systems Environment - Окружение или среда открытых систем) [4]. Исчерпывающий набор интерфейсов, сервисов, форматов, а также пользовательских аспектов, позволяющих достичь целей интероперабельности и/или переносимости приложений (программ), данных, людей на основе применения базовых стандартов и профилей ИТ. (Еще одним важным свойством открытости является свойство масштабируемости ИТ). В эталонной модели RM OSE [4] под открытой системой понимается система, реализующая OSE, под которым понимается окружение, удовлетворяющее стандартам или открытым спецификациям.

Основные понятия (продолжение) 6) Переносимость (portability) [4]. Свойство системы, характеризующее легкость переноса прикладного программного обеспечения и данных (а также пользователей) с одной системы ИТ на другую. 7) Интероперабельность (interoperability) [4]. Способность систем обмениваться информацией друг с другом и совместно использовать информацию, которой они обмениваются. 8) Масштабируемость (scalability) [4]. Свойство системы, позволяющее ей работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы и/или поддерживающей среды (примерами таких характеристик могут служить: число процессоров, число узлов сети, максимальное число обслуживаемых пользователей, количество обрабатываемых транзакций).

Основные понятия (продолжение) 9) PAS (Publicly Available Specifications - Общедоступные спецификации). Это хорошо отработанные спецификации, как правило, являющиеся стандартами де-факто, которые принимаются ISO для проведения специальных процедур по их стандартизации на международном уровне. Важным требованиям к PAS является то, что их сопровождение осуществляется известными профессиональными организациями посредством прозрачного публичного процесса, основанного на консенсусе. Близким по смыслу к понятию PAS является понятие открытых спецификаций, определенное в эталонной модели RM OSE [4] следующим образом: открытыми спецификациями являются спецификации, поддерживаемые организациями, которые используют открытый, общедоступный, основанный на консенсусе процесс сопровождения спецификаций для адаптации их к новым технологиям и пользовательским требованиям. Примерами PAS могут служить спецификации DCE, разработанные организацией OSF.

Основные понятия (продолжение) 10) Профиль (Profile) [1] - набор, состоящий из одного или большего числа стандартизованных спецификаций (базовых стандартов и/или международных стандартизованных профилей) и определяющий выбор из этих спецификаций необходимых для реализации конкретной прикладной функции классов сервиса, опций, параметров, тестовых наборов. Таким образом, профиль задает некоторую функциональность, необходимую для выполнения конкретной прикладной задачи, агрегируя избирательным образом функциональные возможности стандартизованных спецификаций (стандартов или ISPs). 11) ISP (International Standardized Profile - Международный стандартизованный профиль) [3]. Официально принятый и согласованный на международном уровне документ, описывающий один или несколько профилей. (В случае множественного числа ISP будем использовать обозначение ISPs). В эталонной модели RM OSE [4] используется близкое к ISP понятие стандартизованного профиля – баллотированного, формального, гармонизированного документа, описывающего профиль.

Основные понятия (продолжение) 12) OSE-профиль (OSE-profile) [3]. Профиль, специфицирующий полностью или частично поведение системы ИТ, наблюдаемое на одном или большем числе ее интерфейсах. 13) OSI-профиль (OSI-profile) [3]. Профиль, составленный из базовых спецификаций, соответствующих модели RM OSI [5], возможно дополненных базовыми стандартами и/или профилями для представления обмениваемых данных и их форматов (так называемыми F-профилями). Таким образом, OSI-профили определяют поведение систем, проявляемое только на их коммуникационных интерфейсах, построенных с помощью стандартов, входящих в архитектуры OSI. 14) API-профиль (API-profile) [4]. Профиль, определяющий конкретную комбинацию базовых спецификаций прикладного пользовательского интерфейса в соответствии с моделью RM OSE [4], возможно дополненных базовыми стандартами и/или профилями для представления данных и их форматов (F-профилями). 15) Таксономия (Taxonomy) [1]. Классификационная схема, применяемая для однозначной идентификации профилей или наборов профилей.

Примеры профилей. Пример 1 В данном примере зададимся целью определить профили основных функциональных компонент корпоративной информационной технологии некоторой организации, которая хотела бы обеспечить переносимость разрабатываемых ей SQL-приложений (как серверной, так и клиентских частей), написанных с использованием языков С++ и SQL. При этом для определенности будем предполагать, что сетевая инфраструктура данной организации основана на использовании локальной сети FDDI (См. рис. 1.1).

Пример 1 (продолжение) Пример корпоративной информационной технологии

Пример 1 (продолжение) Для обеспечения сформулированных выше целей открытости корпоративная технология должна строиться из систем, поведение которых на своих интерфейсах соответствует стандартам. В данном случае задача состоит в том, чтобы построить два OSE- профиля - один, специфицирующий требования к интерфейсам клиентских систем, другой – к интерфейсам сервера баз данных. Профиль клиентской системы обозначим Pc. Он будет включать спецификации как минимум двух классов интерфейсов: - интерфейса API, определяющего взаимодействие клиентской системы с прикладной программой (Application program), - коммуникационного интерфейса, определяющего состав протоколов сетевого взаимодействия между клиентскими и серверными системами.

Пример 1 (продолжение) Коммуникационный интерфейс начнем формировать, начиная с мощного протокола прикладного уровня RDA (ISO 9579), используемого, в частности, для реализации распределенных SQL-приложений с архитектурой клиент-сервер над стеком протоколов модели RM OSI. Для большей гибкости решения разобьем стек протоколов модели RM OSI на две группы протоколов – протоколы верхних трех уровней, которые обозначим OSI Stack (7-5), и протоколы транспортной системы. В справочнике международных стандартизованных профилей [38] уже существует профиль, описывающий набор протоколов для реализации передачи данных по транспортному протоколу OSI через локальную сеть FDDI. Данный профиль имеет наименование TC54. Профиль TC54 является типичным примером OSI-профиля, так как определяет только функции сетевого взаимодействия, определенные стандартными протоколами, разработанными в соответствии с моделью RM OSI.

Пример 1 (продолжение) Таким образом, описание коммуникационного интерфейса в профиле Pc будет включать ссылки на следующие спецификации: - стандарт протокола DRA - стандарты протоколов верхних уровней модели RM OSI (OSI Stack (7-5)) - профиль TC54. В состав спецификаций API профиля Рс включим: - стандарт языка С++ - стандарт языка SQL - интерфейс RDA, реализующий сервис протокола RDA для клиентских систем. Для простоты профиль серверной части, обозначим его Ps, будем считать идентичным профилю Pc, опуская различия в программных интерфейсах для сервиса RDA в клиентской и сервисных системах. В соответствии с введенными выше определениями построенные в примере профили Pc и Ps относятся к OSE-профилям.

Пример 1 (продолжение) С целью наглядного представления случаев применения и функциональности профилей используются специальные схемы или диаграммы, на которых, как правило, определяются основные функциональные компоненты описываемой данным профилем технологии, их взаимосвязи, интерфейсы, распределение основных функций в системе и пр. Такие схемы в дальнейшем будут называться сценариями.

Пример 1 (продолжение) RDA 7-5 OSI Layers T OSI Layers T54 DBMS File System Drivers Pc (RDA Client OSE Profile) Ps (RDA Server OSE Profile) DB API-ClientAPI-Server Рис.1.2. Сценарий для профилей Pc и Ps

Пример 1 (продолжение) Предположим, что заказчик захотел построить транспортную систему своей организации на основе сети Intranet. В этом случае профиль T54 заменим на профиль Ti, в котором будет использоваться протокол TS (RFC 1006), эмулирующий интерфейс протокола TP OSI над стеком протоколов TCP/IP, и протокол (RFC 1390), обеспечивающего передачу IP- пакетов через сеть FDDI. Таким образом, профиль Ti будет включать ссылки на следующие спецификации: - RFC 1006 (IETF STD 35). ISO Transport Service on top the TCP. - RFC 793 (IETF STD 7). Transmission Control Protocol (TCP). - RFC 791 (IETF STD 5). Internet Protocol (IP). - RFC 1390 (IETF STD 36). Transmission of IP and ARP over FDDI Networks. - ISO 9314 FDDI LAN. Профиль Ti относится к классу коммуникационных профилей. Однако по определению он не является OSI-профилем, так как содержит ссылки на стандарты, не входящие в состав стандартов модели OSI.

Пример API-профилей в системе стандартов POSIX В системе стандартов POSIX определяются стандарты на переносимые интерфейсы операционных систем. В ней аппарат профилей используется для построения стандартизованных API-интерфейсов различной проблемной ориентации посредством агрегирования и параметрической настройки модулей функциональности (Units of Functionality) уже определенных стандартных интерфейсов. К важнейшим профилям, включенным в состав набора спецификаций POSIX [5], относятся: - профиль супервычислительных систем (Supercomputing Profile) - профили систем реального времени (Realtime Profiles) - профиль систем мультипроцессной обработки (Multiprocessing Profile).

Пример API-профилей (продолжение) В системе стандартов POSIX определяются стандарты на переносимые интерфейсы операционных систем. В ней аппарат профилей используется для построения стандартизованных API-интерфейсов различной проблемной ориентации посредством агрегирования и параметрической настройки модулей функциональности (Units of Functionality) уже определенных стандартных интерфейсов. К важнейшим профилям, включенным в состав набора спецификаций POSIX [5], относятся: - профиль супервычислительных систем (Supercomputing Profile) - профили систем реального времени (Realtime Profiles) - профиль систем мультипроцессной обработки (Multiprocessing Profile).

Пример API-профилей (продолжение) Для систем реального времени определены четыре профиля, соответствующие системам различной функциональности: - профиль минимальных (встроенных) систем реального времени (Minimal (Embedded) Realtime System Profile) - профиль систем-контроллеров реального времени (Realtime Controller System Profile) - профиль выделенных систем реального времени (Dedicated Realtime System Profile) - профиль многоцелевых систем реального времени (Multi-Purpose Realtime System Profile).

Пример API-профилей (продолжение) Профиль для встроенных или минимальных систем реального времени, имеющий в классификации стандартов наименование PSE51, описывает API-окружение систем с минимальными функциональными возможностями. В частности, таким системам не требуется файловая система, средства мультипроцессности, система управления памятью, средства пользовательского взаимодействия, расширенные средства ввода/вывода и пр. Поэтому основным приемом построения профиля является селекция требуемых для систем данного класса сервисов, описанных в стандартах POSIX. Для удобства выбора нужной функциональности все возможности, определенные стандартами POSIX, разбиты на модули функциональности (Units of Functionality). Такое разбиение задано в табличной форме. Аналогично представлены и опции или дополнительные возможности.

Пример API-профилей (продолжение) Определение профиля PSE51 строится посредством указания для каждого из цитируемых стандартов тех модулей функциональности, которые необходимы для реализации целей профиля. В частности, определение профиля формируется из следующих стандартов: - P (System Interfaces – системный интерфейс) - P1003.1b (Realtime Extention – расширение для реального времени) - P1003.1с (Threads Extention). Из стандарта P в профиль выбираются следующие модули функциональности: - POSIX_SIGNALS - POSIX_SINGL_PROCESS - POSIX_DEVICE_IO - POSIX_C_LANG_SUPPORT. Аналогичным образом выбираются необходимые функции и из других стандартов, входящих в профиль.

Система стандартов и ее классификация Современная система стандартов ИТ чрезвычайно обширна и развивается быстрыми темпами. Количество стандартизованных документов исчисляется четырехзначными числами. Поэтому для эффективной работы с такой массой документов, необходимо использовать методы классификации и систематизации стандартов и профилей. Именно с целью систематизации системы стандартов ИТ ниже вводится многоуровневая модель пространства спецификаций ИТ (базовых стандартов и профилей ИТ).

Многоуровневая модель пространства спецификаций ИТ Архитектурные спецификации (эталонные модели) Базовые спецификации Локальные профили (OSI-профили, API-профили) OSE-профили OSE-профили платформ (систем) Профили приложений Стратегические профили (GOSIP, IGOS, APP) Селекция функ- циональности Агрегирование функциональ- ности Рис. Иерархическая структура пространства спецификаций ИТ

Многоуровневая модель пространства спецификаций ИТ Стратегические профили (GOSIP, IGOSS, APP) Профили прикладных технологий Полные OSE-профили (профили платформ, систем) OSE-профили Локальные профили (OSI-профили, API- профили) Базовые спецификации Архитектурные спецификации (Эталонные модели)

Архитектурные спецификации Примеры эталонных моделей: 1) Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Basic Reference Model for Open Systems Interconnection - OSI RM) [5]. 2) Эталонная модель окружений открытых систем POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments - OSE RM) [4]. 3) Эталонная модель открытой распределенной обработки (Reference Model for Open Distributed Processing - ODP RM) [6]. 4) Эталонная модель управления данными (Reference Model for Data Management - DM RM) [7]. 5) Эталонная модель компьютерной графики (Reference Model of Computer Graphics - CG RM) [8]. 6) Эталонная модель открытого электронного обмена данными (Open-edi reference model - Open-EDI RM) [9].

Базовые спецификации Пример классификации базовых спецификаций: 1) Базовые функции операционных систем (RM OSE POSIX [4]). 2) Функции взаимосвязи открытых систем (RM OSI [5]). 3) Функции управления базами данных (RM DM [7]). 4) Функции пользовательского интерфейса и машинной графики (RM CG [8]). 5) Открытая распределенная обработка (RM ODP [6]). 6) Структуры данных и документов, форматы данных (архитектурные спецификации – ISO/IEC [10]). 7) Программная инженерия и управление качеством продуктов (архитектурные спецификации - ISO , ISO [11-16])). 8) Административное управление (архитектурные спецификации - ISO/IEC , ISO/IEC 10040, ISO/IEC DIS [17, 18, 19]). 9) Управление безопасностью ИТ (архитектурные спецификации - ISO/IEC , ISO/IEC DTR , ISO/IEC TR [20, 21, 22], ISO/IEC 17799). 10) Тестирование конформности ИТ (архитектурные спецификации ISO/IEC : 1994/ITU-T X.290, ISO/IEC DIS [23, 24]).

Примеры базовых функций операционных систем Интерфейсы (API) операционной системы: 1) интерфейс ядра ОС для языка С (ISO/IEC ) 2) спецификация оболочки и утилит ОС (ISO/IEC ); 3) интерфейс ОС для механизмов поддержки задач реального времени (С- IEEE Std b); 4) интерфейс ОС для механизма ветвей (IEEE Std c) 5) интерфейс ОС для сервисов и средств управления безопасностью (IEEE Std e, IEEE Std f, IEEE Std c) 6) профиль прикладных окружений для суперкомпьютерных технологий (IEEE Std ) 7) интерфейс для унифицированного транспортного сервиса (IEEE Std g) Стандарты языков программирования: С, С++, JavaScript и пр.

Примеры функций взаимосвязи открытых систем 1) стандарты базовых сетевых протоколов и сервисов: - стандарты сетевых протоколов и сервисов, разработанные в соответствии с моделью OSI [ISO/IEC 7498:1996 (рекомендации ITU-T (CCITT) серии X.200)] [5]; - стандарты для локальных сетей (IEEE 802) [ISO/JEC 8802:1990 (IEEE Std ), Information processing systems - Local area networks]; - стандарты сети Internet, включая: RFC 793 (Transmission Control Protocol - TCP), RFC 768 (User Datagram Protocol - UDP), RFC 791 (Internet Protocol - IP) и др. [28]. 2) стандарты прикладных протоколов общего назначения, включая стандарты: ACSE, RTSE, ROSE, RPC, CCR. 3) спецификации распределенных приложений, включая спецификации специальных сервисных элементов прикладного уровня модели OSI и стандартов Internet, как, например, стандарты: FTAM, MHS, The Directory, DNS, SMTP, FTP, VT, TELNET.

POSIX-классификация профилей Single-standard profile – определяет функциональное подмножество одного стандарта Platform profile- определяет операционное окружение для приложений AEP (Application Environment Profile) – прикладные окружения Organization specific profiles – профили организаций

Стратегические профили Спецификации GOSIP (правительственные профили взаимосвязи открытых систем) определяют техническую политику в области сетевых технологий на уровне государств и ориентированы на применение в госбюджетных организациях. Спецификации IGOSS предназначена для взаимного согласования стратегических профилей правительства США, Канады, электротехнической промышленности, пользователей стандартов MAP и TOP (разработанных корпорациями General Motors и Boing в соответствии с моделью RM OSI). Профиль переносимости приложений APP (Application Portability Profile), основным предметом рассмотрения которого является функциональная среда открытых систем (каталог федеральных стандартов FIPSs).

Диаграмма зависимости курсов