II Всероссийская практическая конференция "Стандарты в проектах современных информационных систем" (системное проектирование, управление качеством и проектами, информационные технологии).

Доклад

Модели архитектурного представления информационной инфраструктуры

Филинов Евгений Николаевич, ИСП РАН, ФОСТАС, Москва

Бойченко Александр Викторович, ИСП РАН, Москва bovtchen@ispras.ru
 

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 01-01-00947)

Доклад посвящен методологии формирования стандартов информационной инфраструктуры как совокупности информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов.

1. Введение

Под информационной инфраструктурой (ИИ) будем понимать совокупность информационных, вычислительных и телекоммуникационных ресурсов, предоставляемых их владельцами для общего использования, и средств доступа к этим ресурсам со стороны пользователей (потребителей) ресурсов. В соответствии с данным определением в ИИ выделяются:

• информационные ресурсы (ИР), формируемые и поддерживаемые их владельцами;

• вычислительные ресурсы (ВР) в виде предоставляемых в аренду мощностей по обработке данных или прикладных программ (арендуемых приложений);

• телекоммуникационные ресурсы (ТР) - публичные сети и/или ведомственные (корпоративные) сети передачи данных, предоставляемые операторами связи или Интернет-провайдерами.

К информационным ресурсам, предоставляемым для общего пользования без ограничений или с ограничениями доступа, подлежащими определению конкретно для каждого ресурса, могут обращаться:

• приложения ИС, обслуживающих органы государственной власти на федеральном, региональном и муниципальном уровнях;

• приложения ИС организаций и предприятий, приложения информационно-справочных систем, обслуживающих население;

• конечные пользователи, которым потребовалась определенная информация для решения их задач.

Под ИР здесь имеются в виду:

• электронные архивы документов (массивы файлов);

• электронные библиотечные фонды (электронные издания, электронные каталоги, библиографические справочники);

• базы данных (реляционные БД, объектно-реляционные БД, объектно-ориентированные БД);

• базы знаний (БЗ на продукционных правилах, БЗ на семантических сетях и фреймах);

• базы программ повторного использования (базы задачных знаний).

Условия предоставления ИР пользователям, включая разграничения прав доступа к ресурсам, когда эти ресурсы предоставляются ограниченным категориям пользователей, вопросы оплаты использования ресурсов или свободного их распространения определяются владельцами ресурсов. Общие правила владения ресурсами и предоставления их пользователям могут быть установлены законодательными и распорядительными актами.

Взаимодействие конкретных систем и использование ими общих ресурсов обеспечивается с помощью функциональных служб ИИ. Заметим, что в соответствии с принятым определением ИИ сами эти конкретные ИС опираются на инфраструктуру, но не входят в нее как составные части. Функциональные службы ИИ могут быть наделены функциями мониторинга информационных потребностей пользователей.

Для поддержки формирования и развития ИИ необходимо создание и ведение метабазы информационных ресурсов. На уровне ИИ метабаза ИР также является своего рода информационным ресурсом.

В настоящем докладе освещаются результаты анализа и обоснования выбора эталонных (референсных) моделей для представления архитектуры ИИ: модели функциональных служб и эталонной модели, определяющих интерфейсы и протоколы взаимодействия между компонентами ИИ. Эти модели должны служить методологической основой стандартизации услуг ИИ и формирования нормативных требований к ресурсам ИИ. Очевидно, что стандарты ИИ являются необходимым условием формирования информационного общества, того, что иногда называют условно "цифровой экономикой". Об этом свидетельствуют опыт стандартизации Национальной информационной инфраструктуры США (National Information Infrastructure - N11), стандартизации информационной инфраструктуры в странах Западной Европы в рамках инициативы Комиссии ЕС (Open Information Interchange -ОН), программы Министерства обороны США (Defense Information Infrastructure Common Operating Environment - DII СОЕ).

2. Модели архитектурного представления ИИ

Архитектурное представление ИИ вводится для точного выделения объектов стандартизации услуг ИИ, т.е. спецификаций:

• пользовательских интерфейсов, определяющих правила и процедуры доступа пользователей к ресурсам инфраструктуры;

• услуг информационных провайдеров, определяющих представления ИР, технологии доступа к ИР и вычислительным ресурсам (ВР);

• услуг телекоммуникационных провайдеров, определяющих стеки протоколов телекоммуникационной среды, поддерживающие функции информационных провайдеров.

Архитектура ИИ в целом, а также архитектура компонентов ИИ, представляется в терминах спецификаций интерфейсов и протоколов. Эти представления являются обобщением известных подходов к описанию архитектуры открытых систем в соответствии с эталонными моделями OSE/RM и OSI/RM по ISO/IEC TR 10000:1998 (ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10000-1,2,3-99).

Архитектура ИИ представляется в виде двух моделей:

• модель функциональных служб (МФС) ИИ, определяющая логику взаимоотношений между приложениями и службами нижележащих уровней, которые поддерживают функционирование и разработку приложений;

• эталонная модель архитектуры (ЭМА) ИИ, определяющая состав функциональных служб ИИ, их интерфейсы и протоколы.

2.1. Модель функциональных служб ИИ используется для представления услуг ИИ. В этой модели все компоненты разделены на три слоя:

1. приложения;

2. функциональные службы среды, поддерживающей приложения;

3. физическая инфраструктура, содержащая вычислительные и коммуникационные платформы (аппаратура и системное программное обеспечение), устройства доступа пользователей к сети и телекоммуникационную среду.

Функции и характеристики компонентов на каждом слое рассматриваются с точки зрения трех аспектов:

• функциональный аспект;

• аспект информационной безопасности;

• аспект управления (системного и сетевого администрирования).

Эти три аспекта образуют плоскости, объединяющие родственные группы функций для комплексного их представления при детализации модели и выборе соответствующего набора стандартов и спецификаций.

Аспект функциональности представляет собой плоскость МФС, которая описывает функции каждого компонента, ответственные за функционирование ИИ в целом. Прямо или косвенно каждый компонент участвует в обеспечении запросов пользователей на услуги ИИ. В этом аспекте должны быть специфицированы функции, интерфейсы и протоколы для каждого компонента ИИ.

Аспект безопасности представляет собой плоскость МФС, которая описывает функции, ответственные за:

• защиту программ и данных;

• поддержку целостности ресурсов ИИ;

• мониторинг состояния сети.

Аспект управления - это плоскость МФС, где представляются:

• управляемость (администрирование в нештатных ситуациях);

• обслуживаемость (мониторинг состояния сети с обнаружением и фиксацией ненормальных ситуаций);

• измерение, функции расчетов за услуги, адаптивность.

МФС, как обобщенная модель, не определяет конкретные типы услуг ИИ, пользователей и поставщиков услуг, технологий доступа и обработки информации.

Слой <Приложения> включает в себя прикладные программы, реализующие обработку информации, которая необходима, чтобы выполнить запросы пользователей на услуги ИИ. Эти прикладные программы функционируют в составе систем провайдеров услуг ИИ и на оборудовании конечных пользователей.

Приложения опираются на функциональные службы среды ИИ, расположенные на следующем слое МФС. Между приложениями и средой должны быть определены интерфейсы прикладного программирования (Application program interfaces, API).

Некоторые части приложений существуют в ИС информационного провайдера, а некоторые - в оборудовании или системе, обслуживающих конечного пользователя. API должны быть определены и специфицированы во всех точках, где могут существовать части приложения, реализующего конкретную услугу ИИ.

Слой <Функциональные службы среды ИИ> включает в себя компоненты, которые обеспечивают поддержку функционирования приложений. Требуется, чтобы среда ИИ давала возможность легкого включения и интеграции новых служб и приложений с существующими.

Функциональные службы среды подразделяются на службы общего назначения, используемые разными приложениями, и службы, специализированные для приложений какой-либо одной определенной прикладной области.

В МФС предусмотрены 6 групп функциональных служб.

1)      Службы среды распределенных вычислений:

• сетевые службы;

• службы инициализации запуска приложений на исполнение;

• службы размещения программ и данных в сети;

• службы безопасности;

• службы координации и управления.

2) Службы управления информацией, обеспечивающие организацию, хранение и поиск информации (информационных ресурсов):

• файловые системы;

• методы доступа;

• системы управления базами данных;

• хранилища документов;

• представления информационной семантики.

3) Службы интеграции приложений, реализующих услуги ИИ:

• менеджеры обработки транзакций;

• службы сообщений, в т.ч. обеспечивающие обработку событий при обмене сообщениями, организацию очередей сообщений;

• брокеры объектных запросов;

• менеджеры потоков работ;

• агенты;

• средства инкапсуляции.

4) Службы поддержки пользовательского интерфейса, обеспечивающие внешний облик услуг ИИ. К этим службам относятся:

• Xwindow System;

• средства пользовательского интерфейса Microsoft Windows;

• средства интерфейса пользователя со средой Web, например, Web-браузеры.

5) Службы финансовой поддержки, обеспечивающие все установленные для услуг ИИ финансовые транзакции, и специализированные службы, поддерживающие такие области использования общих ресурсов, как бизнес и финансы, наука и образование, здравоохранение и т.д.

6) Службы обеспечения услуг ИИ и вспомогательные службы (Utility services):

• системы спулинга;

• службы расчетов за использование ресурсов;

• системы трансляции во время исполнения приложений, реализующих услуги ИИ;

• общие библиотеки приложений.

Слой <Физическая инфраструктура> содержит базовые компоненты обработки информации и телекоммуникаций. К нему относятся:

• платформы клиентов и серверов с их системным программным обеспечением, находящиеся у провайдеров услуг ИИ;

• средства маршрутизации и коммутации телекоммуникационной среды;

• физические каналы связи и передачи данных;

• информационные приборы конечных пользователей.

2.2. Эталонная модель (ЭМА) представляет архитектуру ИИ в терминах описания базовых протоколов взаимодействия и интерфейсов и идентифицирует группы функций, для которых должны быть специфицированы интерфейсы и протоколы.

В ЭМА определяются:

• информационные ресурсы (ИР);

• вычислительные ресурсы (ВР);

• телекоммуникационные ресурсы (ТР) - сети связи и передачи данных, обеспечивающие обмен данными между поставщиками ресурсов и пользователями;

• пункты управления сетевыми службами (ПУСС);

• информационные приборы (ИП), с помощью которых конечные пользователи обращаются к ресурсам ИИ.

ИП, включающие в себя оборудование и программные средства, обслуживающие конечных пользователей, должны быть специфицированы в соответствии с принятыми стандартами пользовательского интерфейса, технологиями доступа к ИР, форматами обмена данными и средой, в которой они функционируют. ИП могут быть одно- или многофункциональными устройствами (системами), составляющими платформы, которые поддерживают клиентские части приложений. В качестве ИП рассматриваются персональные компьютеры, цифровые телефонные аппараты, пейджеры и факс-машины. В дальнейшем номенклатура ИП может расширяться.

ТР специфицируются в виде стеков протоколов для определенных видов телекоммуникационных услуг (обмен файлами, электронная почта и т.д.), в соответствии с эталонной моделью OSI/RM. ТР ИИ могут базироваться на сетях связи и передачи данных общего пользования и/или корпоративных (ведомственных) сетях. ТР - это физические линии, коммутаторы, маршрутизаторы, абонентские адаптеры и мультиплексоры, конвертеры протоколов и средства межсетевого взаимодействия, службы каталогов и директории с необходимым для выполнения этих функций программным обеспечением.

В стеках протоколов ТР предусматриваются стандарты и спецификации для следующих типов каналов связи:

• коммутируемые телефонные сети общего пользования;

• выделенные цифровые каналы передачи данных;

• цифровые магистральные сети с технологиями ISDN, Frame Relay, ATM;

• беспроводные сети связи и передачи данных.

ПУСС содержат средства, необходимые для управления элементами сетей, включая элементы физической инфраструктуры, сетевые службы и приложения. Они специфицируются в соответствии с выбранными стеками протоколов ТР и стандартами протоколов сетевого и системного администрирования.

Заключение

В контексте тематики настоящей конференции естественно возникает вопрос о том, каким стандартам должны отвечать современные ИС предприятий и организаций. В проектах ИС необходимо учитывать требования интеграции ИС, поскольку, как правило, теперь они должны содержать средства, поддерживающие информационное взаимодействие нескольких предприятий (например, при взаимодействии с клиентами, управлении жизненным циклом продукции, организации цепочек поставок и логистики и т.д.). Следовательно, стандарты ИИ по мере их формализации и согласования заинтересованными сторонами должны учитываться в проектах современных ИС.

Наиболее практичным путем для выработки стандартов ИИ может быть ведение стандартизационной панели в Интернет. Если такую работу могли бы взять на себя организации Госстандарта РФ, то это было бы реальным вкладом в государственную научно-техническую политику в области информатизации. Возможно также, что ведение стандартизационной панели ИИ может быть одной из конкретных функций участников некоммерческого Фонда поддержки системного проектирования, стандартизации и управления проектами - ФОСТАС.

При формировании содержимого стандартизационной панели ИИ могут быть использованы методологические подходы к архитектурному представлению ИИ, изложенные в настоящей работе.