Иерархические модели и модель взаимодействия открытых систем.
Ясно, что реализация автоматизированных информационных систем требует большого программно-аппаратного комплекса, который надо спроектировать, создать, поддерживать в работоспособном состоянии. Сложность этих систем такова, что требуется разработка специальной технологии проектирования и создания таких систем. В настоящее время основным инструментом решения задач анализа, проектирования, создания и поддержки в рабочем состоянии сложных систем является иерархический метод.
В основе метода лежит разбиение системы на ряд уровней, которые связаны однонаправленной функциональной зависимостью. В литературе предлагалось несколько вариантов формального и полуформального описания такой зависимости. Например, Парнас (D.L.Parnas, 1974) описывал такую зависимость следующим образом. Уровень А зависит в правильности своего функционирования от уровня В, или уровень А обращается к уровню В, или уровень А использует уровень В, или А требует присутствия правильной версии В. Однако это неформальные описания, а формализация здесь не удается из-за широкой общности понятия "сложная система" и неоднозначности разбиения на уровни. В целях понимания одного и того же в декомпозициях различной природы сложных систем можно договориться об универсальных принципах описания иерархического метода. Предположим, что интересующая нас сложная система А адекватно описана на языке Я. Предположим, что мы провели декомпозицию (разложение) языка Я на семейство языков D1,D2,...,Dn. Если язык D i, i=2,.., n, синтаксически зависит только от словоформ языка D i-1, то будем говорить, что они образуют два соседних уровня. Тогда система А может быть описана наборами слов B1,...,Bn в языках D1,D2,...,Dn причем так, что описание В i синтаксически может зависеть только от набора В i-1. В этом случае будем говорить об иерархической декомпозиции системы A и уровнях декомпозиции B1,...,Bn, где уровень В iнепосредственно зависит от B i-1. Рассмотрим ряд простейших примеров иерархического построения сложных систем.
|
|
|
Пример 1. Пусть вся информация в системе разбита на два класса Secret и Тор Secret, которые в цифровой форме будем обозначать 0 и 1. Пусть все пользователи разбиты в своих возможностях допуска к информации на два класса, которые также будем обозначать 0 и 1. Правило допуска к информации X при запросе пользователя Y определяется условием, если класс х запрашиваемой информации X, а класс у пользователя Y, то допуск к информации разрешен тогда и только тогда, когда x = y. Это условие можно описать формально формулой некоторого языка D 2
if x = y then "Допуск Y к X"
Для вычисления этого выражения необходимо осуществить следующие операции, которые описываются в терминах языка D 1:
|
|
|
x:=U1(X),
y:=U2(Y),
z= x Å y
U(X,Y,z),
где U1(X) - оператор определения по имени объекта X номера класса доступа х; U2(Y) - оператор определения по имени пользователя Y номера класса допуска у; Å - сложение по mod 2; U(X, Y, z) - оператор, реализующий доступ Y к X, если z=0, и блокирующий систему, если z=l.
По построению уровень B 2 зависит от B 1, а вся система представлена иерархической двухуровневой декомпозицией с языками D 1и D 2. Причем Я =(D1, D2 ).
Пример 2. Гораздо чаще используется неформальное иерархическое описание систем. Например, часто используется иерархическая декомпозиция вычислительной системы в виде трех уровней.
Аппаратная часть - Операционная система -Пользовательские программы.
МОДЕЛЬ OSI/ISO.
1. Одним из распространенных примеров иерархической структуры языков для описания сложных систем является разработанная организацией международных стандартов (ISO) Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI), которая принята ISO в 1983 г.
ISO создана, чтобы решить две задачи:
* своевременно и правильно передать данные через сеть связи (т.е. пользователями должны быть оговорены виды сигналов, правила приема и перезапуска, маршруты и т.д.);
|
|
|
* доставить данные пользователю в приемлемой для него распознаваемой форме.
2. Модель состоит из семи уровней. Выбор числа уровней и их функций определяется инженерными соображениями. Сначала опишем модель.
| Пользователь 1 | Пользователь 2 | |||
| прикладной уровень | прикладной уровень | |||
| представительский уровень | представительский уровень | |||
| сеансовый уровень | сеансовый уровень | |||
| транспортный уровень | транспортный уровень | |||
| сетевой уровень | сетевой уровень | |||
| канальный уровень | канальный уровень | |||
| физический уровень | физический уровень |
Физическая среда
Верхние уровни решают задачу представления данных пользователю в такой форме, которую он может распознать и использовать. Нижние уровни служат для организации передачи данных. Иерархия состоит в следующем. Всю информацию в процессе передачи сообщений от одного пользователя к другому можно разбить на уровни; каждый уровень является выражением некоторого языка, который описывает информацию своего уровня. В терминах языка данного уровня выражается преобразование информации и "услуги", которые на этом уровне предоставляются следующему уровню. При этом сам язык опирается на основные элементы, которые являются "услугами" языка более низкого уровня. В модели OSI язык каждого уровня вместе с порядком его использования называется протоколом этого уровня.
|
|
|
19. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Прикладной уровень (пУ).
Прикладной уровень (ПУ). ПУ имеет отношение к семантике обмениваемой информации (т.е. смыслу). Язык ПУ обеспечивает взаимопонимание двух прикладных процессов в разных точках, способствующих осуществлению желанной обработки информации. Язык ПУ описывает два вида ситуаций:
* общие элементы для всех прикладных процессов, взаимодействующих на прикладном уровне;
* специфические, нестандартизируемые элементы приложений.
Язык ПУ состоит и постоянно расширяется за счет функциональных подъязыков. Например, разработаны протоколы (языки ПУ):
* виртуальный терминал (предоставление доступа к терминалу процесса пользователя в удаленной системе);
* файл (дистанционный доступ, управление и передачу информации, накопленной в форме файла);
* протоколы передачи заданий и манипуляции (распределенная обработка информации);
* менеджерские протоколы;
* одним из важных протоколов прикладного уровня является "электронная почта" (протокол Х.400), т.е. транспортировка сообщений между независимыми системами с различными технологиями передачи и доставки сообщений.
20. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Уровень представления (УП).
Уровень представления (УП). УП - решает те проблемы взаимодействия прикладных процессов, которые связаны с разнообразием представлений этих процессов. УП предоставляет услуги для двух пользователей, желающих связаться на прикладном уровне, обеспечивая обмен информацией относительно синтаксиса данных, передаваемых между ними. Это можно сделать либо в форме имен, если обеим связывающимся системам известен синтаксис, который будет использоваться, либо в форме описания синтаксиса, который будет использоваться, если он не известен. Когда синтаксис передаваемой информации отличается от синтаксиса, используемого принимающей системой, то УП должен обеспечить соответствующее преобразование.
Кроме того, УП обеспечивает открытие и закрытие связи, управление состояниями УП и контролем ошибок.
21. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Уровень сеанса (УС).
Уровень сеанса (УС). УС обеспечивает управление диалогом между обслуживаемыми процессами на уровне представления. Сеансовое соединение сначала должно быть установлено, а параметры соединения оговорены путем обмена управляющей информацией. УС предоставляет услугу синхронизации для преодоления любых обнаруженных ошибок. Это делается следующим образом: метки синхронизации вставляются в поток данных пользователями услуги сеанса. Если обнаружена ошибка, сеансовое соединение должно быть возвращено в определенное состояние, пользователи услуги должны вернуться в установленную точку диалогового потока информации, сбросить часть переданных данных и затем восстановить передачу, начиная с этой точки.
22. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Транспортный уровень (ТУ).
Транспортный уровень (ТУ). ТУ представляет сеансовому уровню услугу в виде надежного и прозрачного механизма передачи данных (вне зависимости от вида реальной сети) между вершинами сети.
23. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Сетевой уровень (СУ).
Сетевой уровень (СУ). СУ представляет ТУ услуги связи. СУ определяет маршрут в сети. Организует сетевой обмен (протокол IP ). Управляет потоками в сети.
24. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Канальный уровень.
Канальный уровень. Представляет СУ услуги канала. Эта услуга состоит в безошибочности последовательной передачи блоков данных по каналу в сети. На этом уровне реализуется синхронизация, порядок блоков, обнаружение и исправление ошибок, линейное шифрование.
25. МОДЕЛЬ OSI/ISO. Физический уровень.
Физический уровень. Физический уровень обеспечивает то, что символы, поступающие в физическую среду передачи на одном конце, достигали другого конца.
Каким образом реализуются функции обмена информацией на каждом уровне? Для этого на каждом уровне к исходному блоку данных добавляется информация в виде выражения языка соответствующего уровня (как правило в виде дополнительного заголовка).
Уровни функционально взаимодействуют, во-первых, как одинаковые уровни у различных абонентов, во-вторых, как смежные уровни в одной иерархии.
Блок данных
ПУ Блок прикладных данных
УП Заголовок услуги представления
УС Заголовок услуги сеанса
ТУ Заголовок транспортной услуги
СУ Заголовок сетевой услуги
КУ Заголовок канала передачи
ФУ
Связь любых одинаковых уровней у различных абонентов при передаче, использующей соединение, состоит из трех фаз:
а) - установление соединения;
б) - передача данных;
в) - разъединение.
В фазе а) происходит переговор о наборе параметров передачи. В фазе б) - выявление и исправление ошибок, поддержание соединения.
На каждом уровне свои способы выявления и исправления ошибок:
канал - исправление битов;
сеть - разъединение и потеря пакетов; соответственно исправление этих ошибок;
сеанс, транспортирование - исправление адресации.
Важные информационные элементы каждого уровня будем называть объектами, таким образом, связь (N-1)-го, N-го и (N+l)-го уровней выглядит следующим образом; каждый уровень содержит набор объектов, которые взаимодействуют между собой в разных системах на одном уровне. На разных уровнях объекты взаимодействуют через ключи доступа услуг.
В модели OSI стандартизированы виды взаимодействия поставщика услуги на уровне N и потребителя на уровне (N+l). Эти виды называются примитивами услуг. Их четыре:
· запрос;
· признак;
· ответ;
· подтверждение.
Запрос подается пользователем услуги на (N+l)-м уровне системы А для того, чтобы обратиться к услуге протокола-поставщика услуги на N-уровне. Это приводит к посылке сообщения N-го уровня в систему В. В системе В запрос на уровне N вызывает появление примитива "признак", выпускаемого поставщиком услуги на уровне N в В на (N+l)-ый уровень.
Примитив "ответ" выпускается пользователем услуги на уровне N+l в В в ответ на признак, явившийся в точке доступа к услуге между уровнями N и N+l системы В. Примитив "ответ" является директивой протоколу уровня N завершить процедуру обращения примитива "признак". Протокол на уровне N в системе В генерирует сообщение, которое передается в сети и повторяется на уровне N системы А. Это вызывает посылку примитива "подтверждение", который выпускается поставщиком услуги в системе А на уровне N в точку доступа к услуге между уровнями N и N+l. На этом процедура, начатая запросом в точке доступа к услуге между уровнями N и N+l в системе А завершается.
Информационный поток. Основные понятия.
Структуры информационных потоков являются основой анализа каналов утечки и обеспечения секретности информации. Эти структуры опираются на теорию информации и математическую теорию связи. Рассмотрим простейшие потоки.
1. Пусть субъект S осуществляет доступ на чтение (r) к объекту О. В этом случае говорят об информационном потоке от О к S. Здесь объект О является источником, а S - получателем информации.
2. Пусть субъект S осуществляет доступ на запись (w) к объекту О. В этом случае говорят об информационном потоке от S к О. Здесь объект О является получателем, а S - источником информации.
Из простейших потоков можно построить сложные. Например, информационный поток от субъекта S2 к субъекту S1 по следующей схеме:
r w
S1 ----------à O ß---------- S2 (1)
Субъект S2 записывает данные в объект О, а затем S1 считывает их. Здесь S2 - источник, а S1 - получатель информации. Можно говорить о передаче информации, позволяющей реализовать поток. Каналы типа (1), которые используют общие ресурсы памяти, называются каналами по памяти.
С точки зрения защиты информации, каналы и информационные потоки бывают законными или незаконными. Незаконные информационные потоки создают утечку информации и, тем самым, могут нарушать секретность данных.
Рассматривая каналы передачи информационных потоков, можно привлечь теорию информации для вычисления количества информации в потоке и пропускной способности канала. Если незаконный канал нельзя полностью перекрыть, то доля количества информации в объекте, утекающая по этому каналу, служит мерой опасности этого канала. В оценках качества защиты информации американцы используют пороговое значение для допустимой пропускной способности незаконных каналов.
С помощью теоретико-информационных понятий информационные потоки определяются следующим образом.
Будем считать, что всю информацию о вычислительной системе можно описать конечным множеством объектов (каждый объект - это конечное множество слов в некотором языке Я ). В каждом объекте выделено состояние, а совокупность состояний объектов назовем состоянием системы. Функция системы - это последовательное преобразование информации в системе под действием команд. В результате, из состояния s мы под действием команды a перейдем в состояние s', обозначается: s|-- s'(a). Если a последовательность команд, то композиция преобразований информации обозначается также, т.е. s|---s'(a) означает переход из состояния s в s' под действием последовательности команд a (автоматная модель вычислительной системы).
В общем виде для объектов X в s и Y в s' определим информационный поток, позволяющий по наблюдению Y узнать содержание X.
Предположим, что состояние X и состояние Y - случайные величины с совместным распределением Р(х, у)=Р(Х=х, Y=y), где под {Х=х} понимается событие, что состояние объекта X равно значению х (аналогично в других случаях). Тогда можно определить: P(x), Р(у/х), Р(х/у), энтропию Н(Х), условную энтропию H(X/Y) и среднюю взаимную информацию
I(Х, Y) = Н(X) - H(X/Y).
Определение. Выполнение команды a в состоянии s, переводящей состояние s в s', вызывает информационный поток от X к Y (обозначение Х-->aY),если I(Х, Y)>0. Величина I(Х, Y) называется величиной потока информации от X к Y.
Определение. Для объектов X и Y существует информационный поток величины С (бит), если существуют состояния s и s' и последовательность команд a такие, что s|-- s'(a), X-->aY.
Оценка максимального информационного потока определяется пропускной способностью канала связиХ--->a Y и равна по величине
C(a, X, Y)=max I(X, Y).
P(x)
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!