Барабанова М.И., Кияев В.И. Информационные технологии: открытые системы, сети, безопасность в системах и сетях

Подождите немного. Документ загружается.

коммуникационных систем и сетей, методологий и технологий их разра-

ботки, ведения и использования на основе единых принципов и общих

правил, обеспечивающих информационное взаимодействие для удовле-

творения потребностей пользователей. В качестве основных составляю-

щих единого информационного пространства можно указать следующие:

• информационные ресурсы, содержащие данные, сведения, инфор-

мацию и знания, собранные, структурированные по некоторым

правилам, подготовленные для доставки заинтересованному поль-

зователю, защищенные и архивированные на соответствующих но-

сителях;

• организационные структуры, обеспечивающие функционирование и

развитие единого информационного пространства, и управление ин-

формационными процессами – поиском, сбором, обработкой, хране-

нием, защитой и передачей информации конечным пользователям;

• средства обеспечения информационного взаимодействия, в том

числе программно-аппаратные средства, телекоммуникации и

пользовательские интерфейсы;

• правовые, организационные и нормативные документы, обеспечи-

вающие доступ к информационным ресурсам и их корректное ис-

пользование на основе соответствующих информационно-

коммуникационных технологий.

При формировании единого информационного пространства менед-

жеры, архитекторы и разработчики программно-аппаратных средств

столкнулись с рядом организационных, технических и технологических

проблем. Например, разнородность и многочисленность технических

средств вычислительной техники, архитектуры физических устройств,

систем команд, разрядности процессоров и шины данных потребовала

создания стандартных физических и программных интерфейсов, реали-

зующих взаимную совместимость компьютерных устройств. Однако при

дальнейшем увеличении числа типов интегрируемых устройств – а число

таких модулей в современных распределенных вычислительных и инфор-

мационных системах исчисляется тысячами – сложность организации фи-

зического взаимодействия между ними существенно возрастала, что при-

водило к проблемам в управлении такими системами.

Разнородность программируемых сред, реализуемых в конкретных

вычислительных устройствах и системах, привела к созданию широкого

класса как программных, так и пользовательских интерфейсов. Разнород-

ность физических и программных интерфейсов в системе «пользователь –

компьютерное устройство – программное обеспечение» требовала посто-

янного согласования («стыковки») программно-аппаратного обеспечения

при его разработке и частого переобучения кадров.

История концепции открытых систем начинается в конце 60-х – нача-

ле 70-х годов с того момента, когда возникла насущная проблема перено-

симости (мобильности) программ и данных между компьютерами с раз-

личной архитектурой [1-1, 1-2].

Одним из первых шагов в этом направлении, оказавшим влияние на

развитие вычислительной техники, явилось создание компьютеров серии

IBM-360, обладающих единым набором команд и способных работать с

одной и той же операционной системой. Корпорация IBM (США) предос-

тавляла со скидкой лицензии на свою операционную систему (Operation

System – OS) пользователям, которые предпочли купить компьютеры той

же архитектуры у других производителей.

Частичное решение проблемы мобильности для программ обеспечили

ранние стандарты языков высокого уровня, например, ФОРТРАН и КО-

БОЛ. Языки позволяли создавать переносимые программы, хотя часто ог-

раничивали функциональные возможности. Позднее эти возможности бы-

ли существенно увеличены при появлении новых стандартов (расшире-

ний) на эти языки. Мобильность обеспечивалась также за счет того, что

эти стандарты были приняты многими разработчиками различных про-

граммных платформ. Когда языки программирования приобрели статус

стандарта де-факто, их разработкой и сопровождением начали заниматься

национальные и международные организации по стандартизации. В ре-

зультате такие языки развивались уже независимо от своих создателей.

Достижение мобильности и переносимости уже на этом уровне было пер-

вым примером истинных возможностей создаваемых систем, которые со-

держали в себе основные признаки того, что впоследствии было названо

открытостью системы.

Следующий этап в развитии концепции открытости – вторая половина

70-х годов. Он связан с областью интерактивной обработки данных и уве-

личением объема информационных и программных продуктов, для кото-

рых требуется переносимость (пакеты для инженерной графики, системы

автоматизации проектирования, базы данных и управление распределен-

ными базами данных). Компания «DIGITAL» начала выпуск мини-ЭВМ

VAX, работающих под управлением операционной системы VMS. Маши-

ны этой серии имели 32-разрядную архитектуру, что обеспечило значи-

тельную эффективность программного кода и сократило издержки на ра-

боту с виртуальной памятью. Программисты получили возможность на-

прямую использовать адресное пространство объемом до 4 Гбайт, что

практически снимало все ограничения на размеры решаемых в то время

задач. ЭВМ VAX этого типа надолго стали стандартной платформой для

систем проектирования, сбора и обработки данных, управления экспери-

ментом и т.п. Именно они стимулировали создание мощных систем авто-

матизированного проектирования (САПР), систем управления базами

данных (СУБД), машинной графики, которые широко используются до

настоящего времени.

Конец 70-х годов характеризуется быстрым развитием сетевых техно-

логий. Компания «DIGITAL» интенсивно внедряла свою архитектуру

DECnet. Сети, использующие протоколы Internet (TCP/IP), первоначально

реализованные Агентством по перспективным исследованиям Министер-

ства обороны США (DARPA), стали широко применяться для объедине-

ния различных систем. Фирма IBM разработала и применяла собственную

сетевую архитектуру (System Network Architecture – SNA), которая впо-

следствии стала основой для предложенной Международной организацией

по стандартизации (International Organization for Standardization – ISO) ар-

хитектуры взаимосвязи открытых систем (Open Systems Interconnection –

OSI).

В 80-х годах, когда распределённая (сетевая) обработка стала реально-

стью и насущной необходимостью для решения большого числа техниче-

ских, технологических, научных экономических задач, пользователи нача-

ли обращать внимание на совместимость и возможность интеграции вы-

числительных средств как на необходимые атрибуты открытости систем.

ISO развернула интенсивные работы по созданию стандартов взаимосвязи

в сетях открытых систем. Тогда же впервые было введено определение от-

крытая информационная система. Решение проблем совместимости и мо-

бильности привело к разработке большого числа международных стандар-

тов и соглашений в сфере применения информационных технологий и раз-

работки информационных систем. Основополагающим, базовым понятием

при использовании стандартов стало понятие открытая система.

Существует достаточно большое число определений открытая сис-

тема, сформулированных в различных организациях по стандартизации и

в отдельных крупных компаниях:

• Ассоциация французских пользователей UNIX и открытых систем

(AFUU): «Открытая система ― это система, состоящая из элемен-

тов, которые взаимодействуют друг с другом через стандартные

интерфейсы».

• Корпорация Hewlett-Packard: «Открытая система – это совокуп-

ность разнородных компьютеров, объединенных сетью, которые

могут работать как единое интегрированное целое независимо от

того, как в них представлена информация, где они расположены,

кем они изготовлены, под управлением какой операционной систе-

мы они работают».

• Национальный институт стандартов и технологий США (National

Institute of Standards and Technologies – NIST): «Открытая систе-

ма ― это система, которая способна взаимодействовать с другой

системой посредством реализации международных стандартных

протоколов. Открытыми системами являются как конечные, так и

промежуточные системы. Однако открытая система не обязательно

может быть доступна другим открытым системам. Эта изоляция

может быть обеспечена или путем физического отделения, или пу-

тем использования технических возможностей, основанных на за-

щите информации в компьютерах и средствах коммуникаций».

Другие определения в той или иной мере повторяют основное содер-

жание приведенных определений. Анализируя их, можно выделить неко-

торые базовые черты, присущие открытым системам:

• технические средства, на базе которых реализована информацион-

ная система, объединяются сетью или сетями различного уровня –

от локальной до глобальной;

• реализация открытости осуществляется на основе профилей (Profiles)

функциональных стандартов в области информационных техноло-

гий;

• информационные системы, обладающие свойством открытости,

могут выполняться на любых программных и технических средст-

вах, которые входят в единую среду открытых систем;

• открытые системы предполагают использование унифицированных

интерфейсов в процессах взаимодействия в системах «компьютер –

компьютер», «компьютер – сеть» и «человек – компьютер».

Применение положений открытости предполагает некоторую избы-

точность средств при разработке программно-аппаратных комплексов.

Открытую систему на современном этапе развития информацион-

ных технологий определяют как «программную или информационную

систему, построенную на базе исчерпывающего и согласованного набора

международных стандартов на информационные технологии и профилях

функциональных стандартов, которые реализуют открытые спецификации

на интерфейсы, службы и поддерживающие их форматы, чтобы обеспе-

чить взаимодействие (интероперабельность) и мобильность программных

приложений, данных и персонала» (Комитет IEEE POSIX 1003.0 Институ-

та инженеров по электротехнике и электронике – IEEE).

Это определение унифицирует содержание среды (Environment), ко-

торую предоставляет открытая система для широкого использования. Ба-

зовым в этом определении является термин открытая спецификация,

имеющий следующее толкование: «Это общедоступная спецификация, ко-

торая поддерживается открытым, гласным, согласительным процессом,

направленным на постоянную адаптацию новой технологии, и которая со-

ответствует стандартам». Таким образом, под открытыми системами следует

понимать системы, обладающие стандартизованными интерфейсами, – ре-

шение проблемы открытости основывается на стандартизации интерфей-

сов систем и протоколов взаимодействия между их компонентами.

В качестве примеров использования технологии открытых систем

можно привести технологии Intel Plug&Play и USB, а также операционные

системы UNIX и (частично) ее основного конкурента – Windows NT. Одна

из причин рассматривать систему UNIX в качестве базовой операционной

системы (ОС) для использования в открытых системах состоит в том, что

она практически целиком написана на языке высокого уровня, имеет мо-

дульное строение и относительно гибка. Композиционно OC UNIX со-

ставлена из небольшого числа основных компонентов – ядра, инструмен-

тальных утилит и оболочки. Ядро состоит из относительно маленького

набора программ, предоставляющих системные ресурсы и непосредствен-

но взаимодействующих с аппаратурой. Хотя OC UNIX в целом является

аппаратно независимой, программы, которые реализуют некоторые служ-

бы, и часть кода, тем не менее, зависят от аппаратуры. Точно так же при-

кладные системы, использующие особенности конкретной версии UNIX,

так же как в MS-DOS, реализационно-зависимы. В настоящее время мно-

гие новые продукты сразу разрабатываются в соответствии с требования-

ми открытых систем – примером тому может служить широко используе-

мый в настоящее время язык программирования Java компании Sun Micro-

systems.

Для того чтобы программную или информационную систему можно

было отнести к открытой системе, она должно обладать совокупностью

определенных свойств, перечисленных ниже:

• взаимодействие/интероперабельность – способность к взаимодей-

ствию с другими прикладными системами на локальных и (или)

удаленных платформах (технические средства, на которых реали-

зована информационная система, объединяются сетью или сетями

различного уровня);

• стандартизуемость – программные и информационные системы

проектируются и разрабатываются на основе согласованных меж-

дународных стандартов и предложений, реализация открытости

осуществляется на базе функциональных стандартов (профилей) в

области информационных технологий;

• расширяемость/масштабируемость – возможность перемещения

прикладных программ и передачи данных в системах и средах, ко-

торые обладают различными характеристиками производительности

и различными функциональными возможностями, возможность до-

бавления новых функций ИС или изменения некоторых уже имею-

щихся при неизменных остальных функциональных частях ИС;

• мобильность/переносимость – обеспечение возможности переноса

прикладных программ и данных при модернизации или замене ап-

паратных платформ ИС и возможности работы с ними специали-

стов без специальной переподготовки при изменениях ИС;

• дружественность к пользователю – развитые унифицированные ин-

терфейсы в процессах взаимодействия в системе «пользователь –

компьютерное устройство – программное обеспечение», позволяю-

щие работать пользователю, не имеющему специальной системной

подготовки. Пользователь работает с деловой проблемой, а не с

проблемами компьютера и программного обеспечения.

Эти свойства современных открытых систем, взятые по отдельности,

были характерны и для предыдущих поколений ИС и средств вычисли-

тельной техники. Новый взгляд на открытые системы: указанные свойства

рассматриваются в совокупности – как взаимосвязанные и реализующиеся

в комплексе. Только в такой совокупности возможности открытых систем

позволяют решать сложные проблемы проектирования, разработки, вне-

дрения, эксплуатации и развития современных информационных систем.

По мере развития концепции открытых систем сформировались неко-

торые общие причины, с необходимостью мотивирующие переход к ин-

тероперабельным (Interoperable) информационным системам и разработке

соответствующих стандартов и технических средств[1-3]. Эти причины

представлены ниже.

Функционирование систем в условиях информационной и реализаци-

онной неоднородности, распределенности и автономности информацион-

ных ресурсов системы. Информационная неоднородность ресурсов за-

ключается в разнообразии их прикладных контекстов (понятий, словарей,

семантических правил, отображаемых реальных объектов, видов данных,

способов их сбора и обработки, интерфейсов пользователей и т.д.). Реали-

зационная неоднородность проявляется в использовании разнообразных

компьютерных платформ, средств управления базами данных, моделей

данных и знаний, языков, средств программирования и тестирования, опе-

рационных систем и т.п.

Интеграция систем. Системы эволюционируют от простых, автоном-

ных подсистем к более сложным, интегрированным системам, основан-

ным на требовании взаимодействия компонентов.

Реинжиниринг систем. Эволюция бизнес-процессов предприятия –

непрерывный процесс, который является неотъемлемой составляющей

деятельности организации. Создание информационной системы, ее разви-

тие и реконструкция (реинжиниринг) в связи с перепроектированием про-

цессов – непрерывный процесс уточнения требований, трансформации ар-

хитектуры и инфраструктуры системы. В связи с этим система изначально

должна быть спроектирована так, чтобы ее ключевые составляющие мог-

ли быть реконструированы при сохранении целостности и работоспособ-

ности системы.

Трансформация унаследованных систем. Практически любая система

после создания (приобретения) и внедрения быстро «консервирует» ИТ-

ситуацию, противодействует изменениям и имеет тенденцию скорого пре-

вращения в бремя организации. Унаследованные системы (Legacy

Systems), построенные на «уходящих» технологиях, архитектурах, плат-

формах, а также программное и информационное обеспечение, при проек-

тировании которых не были предусмотрены нужные меры для их посте-

пенного перерастания в новые системы, требуют перестройки (Legacy

Transformation) в соответствии с новыми требованиями бизнес-процессов

и технологий. В процессе трансформации необходимо, чтобы новые мо-

дули системы и оставшиеся компоненты унаследованных систем сохраня-

ли способность к взаимодействию.

Повторное использование неоднородных информационных ресурсов.

Технология разработки информационных систем должна позволять круп-

номасштабно применять технологию повторного использования инфор-

мационных ресурсов, которые могут быть «соединены» (т.е. образованы

их интероперабельные сообщества) для производства серий стандартизо-

ванных продуктов в определенной прикладной области.

Продление жизненного цикла систем. В условиях исключительно бы-

строго технологического развития требуются специальные меры, обеспе-

чивающие необходимую продолжительность жизненного цикла про-

граммного продукта, включающего в себя постоянное улучшение его по-

требительских свойств (сопровождение программной системы). При этом

новые версии продукта обязательно должны поддерживать заявленные

функциональности предыдущих версий.

Таким образом, основной принцип формирования открытых систем

состоит в создании среды (Environment), включающей в себя программные

и аппаратурные средства, системы, службы и протоколы связи, интер-

фейсы, форматы данных. Такая среда в основе имеет развивающиеся дос-

тупные и общепризнанные международные стандарты и обеспечивает

значительную степень взаимодействия (Interoperability), переносимости

(Portability) и масштабирования (Scalability) приложений и данных.

Благодаря этим свойствам минимизируются затраты на достижение

преемственности и повторного использования накопленного программно-

информационного «имущества» при переходе на более совершенные ком-

пьютерные платформы, а также интеграция разнородных систем и ресур-

сов в комплексные распределенные системы. Переход к открытым техно-

логиям создает наилучшие предпосылки для инвестиций в ИТ, так как

благодаря свойствам открытости систем ИТ существенно повышается ко-

нечная эффективность их использования.

В развитии и применении открытых систем заинтересованы все уча-

стники процесса информатизации: пользователи, проектировщики систем

и системные интеграторы, производители технических и программных

средств вычислительной техники и телекоммуникации. В частности, по

встроенным микропроцессорным системам (MPS) в рамках специальной

программы научных исследований и разработок ЕС в области информа-

ционных технологий ЭСПРИТ (European Strategic Programme for Research

and Development in Information Technology – ESPRIT) существует проект

OMI (Open Microprocessor Initiative), направленный на создание коллек-

тивной пользовательской библиотеки MPS в соответствии с принципами

открытых систем.

В условиях перехода к информационному обществу государственное

управление и различные социальные институты, большинство секторов

экономики становятся активными потребителями информационных тех-

нологий и услуг, а сектор производителей ИТ непрерывно растет. В связи

с этим проблема развития и применения открытых систем составляет для

каждой страны национальную проблему.

Администрация Б. Клинтона, например, еще в 1993 году объявила о

программе создания Национальной информационной инфраструктуры

США на принципах открытых систем (National Information Infrastructure

Initiative), отпустила на эту программу более 2-х миллиардов долларов и

содействовала инвестициям со стороны бизнеса. Известные американские

корпорации Intel и Sun Microsystems ежегодно тратят на научные изыска-

ния в этой области десятки миллионов долларов.

Совет Европы в 1994 году в своих рекомендациях о путях перехода к

информационному обществу (Bangemann Report) подчеркнул, что стан-

дарты открытых систем должны играть важнейшую роль при создании

информационной инфраструктуры общества. В настоящее время объеди-

ненными усилиями различных стран и международных организаций ве-

дется активная работа по созданию глобальной информационной инфра-

структуры, основанной на принципах открытых систем. Эти принципы

поддерживают крупные компании-производители программных средств,

средств вычислительной техники и телекоммуникаций, компании-

пользователи ИТ/ИС и компании-интеграторы, занимающиеся созданием,

развитием и поддержкой ИС. В целях эффективного развития методоло-

гии открытых систем правительственные агентства и фирмы часто объе-

диняются в различного рода консорциумы. Одно из наиболее известных

объединений – Cooperation for Open Systems (COS), в которое входят та-

кие известные организации и промышленные компании, как NASA,

McDonnel-Duglas, Boeing, General Electric, General Motors, нефтяные ком-

пании, крупнейшие банки.

В России программа развития открытых систем реализуется как меж-

отраслевая Федеральная программа. По инициативе «Совета по автомати-

зации научных исследований» Российской Академии наук был издан со-

вместный документ Министерства науки и технической политики и Пре-

зидиума РАН о мерах по обеспечению развития работ по научному на-

правлению «Развитие и применение открытых систем» (Постановление

№ 136/16 от 16 сентября 1993 г.).

1.2. Международные структуры

в области стандартизации открытых систем

Информационные технологии являются чрезвычайно сложной, мно-

гоплановой и многоаспектной сферой деятельности, направленной на соз-

дание ИКТ всех уровней (от федеральных до корпоративных), националь-

ной информационной инфраструктуры, информационного общества на

основе разработки, внедрения, интеграции и развития информационных,

вычислительных и телекоммуникационных ресурсов. В решении этих

проблем ключевым является вопрос стандартизации ИКТ на базе вне-

дрения методов и средств архитектурной и функциональной стандартиза-

ции, позволяющей с помощью общих стандартов и профилей идентифи-

цировать группы базовых и рабочих стандартов, требования, наборы

функций и параметры, необходимые для реализации конкретных ИТ/ИС в

предметно-ориентированных областях деятельности (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Общая схема стандартизации ИТ

Значение принципа взаимосвязи открытых систем (Open System In-

terconnection – OSI) стало осознаваться, когда глобализация экономики и

бизнеса в рамках единого экономического пространства Европы привела к

необходимости унификации применяемых информационных систем и

технологий. Вначале каждая страна или компании развивали свои про-

граммные и сетевые концепции и технические средства, которые часто

оказывались несовместимыми. Различные концептуальные направления

имели свои системы форматов данных и обмена данными, например сис-

тема SWIFT в банковской сфере, EDIFAST в торговле, промышленности,

на транспорте. Из-за различий в протоколах передачи и приёма данных

такие системы часто были несовместимы и не могли быть интегрированы

в единое целое. Подобные ситуации дали толчок развитию международ-

ной стандартизации в области ИТ.

Определяющую роль в формировании стратегических ориентиров

процесса развития информационных технологий играют глобальные кон-

цепции. К важнейшим глобальным концепциям, прежде всего, относятся

концепции «Открытые системы» (Open System) и «Глобальная инфор-

мационная инфраструктура» (Global Information Infractructure), которые

для практического воплощения не только требуют развитой научно-

методической базы и всеобъемлющей системы стандартов, но и сами мо-

гут рассматриваться как вехи важнейшего процесса. Его целью является

полномасштабная комплексная стандартизация ИТ.

Интенсивность усилий в области научной постановки и разработки

проблем стандартизации ИТ в мировом масштабе обеспечила развитие со-

ответствующей системы знаний и стандартов до такого уровня, когда

она становится главным носителем научно-методических основ в области

ИТ. Эта система знаний получила название итологии [1-4]. В основе раз-

вития итологии лежат следующие методы:

• создание основ научного знания в виде методологического ядра

(метазнаний), представляющего собой целостную систему эталон-

ных моделей важнейших разделов ИТ, осуществляющего структу-

ризацию научного знания в целом – данный метод получил назва-

ние архитектурной спецификации;

• разработка спецификаций поведения различных реализаций ИТ,

т.е. такого поведения ИТ-систем, которое может наблюдаться на

интерфейсах (границах) этих систем – данный метод называют

также функциональной спецификацией;

• стандартизация спецификаций ИТ и управление их жизненным

циклом, осуществляемая системой специализированных междуна-

родных организаций на основе строго регламентированной деятель-

ности – этот процесс обеспечивает накопление базовых сертифи-