Дзюбенко А.Л., Ильин А.А., Мишин П.Н. и др. Информационные технологии управления: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

131

Предшественниками компьютерных сетей при реализации распреде-

ленной обработки данных явились многомашинные вычислительные ком-

плексы (МВК), представляющие собой несколько находящихся рядом друг

с другом ЭВМ, объединенных средствами сопряжения для совместного

выполнения вычислительного процесса. В отличие от МВК компьютерные

сети могут включать в своем составе практически любое количество ком-

пьютеров вне зависимости

от их взаимного расположения, реализовать

возможность глубокой функциональной специализации различных компь-

ютеров, обеспечивать передачу данных между компьютерами по различ-

ным маршрутам.

Помимо компьютерных сетей широко распространены терминаль-

ные сети (сети терминалов). Терминальные сети связывают мощные ком-

пьютеры (обычно уровня мэйнфреймов) с большим числом терминалов

(оконечных устройств), что характерно, например, для

системы продажи

авиабилетов. Однако, автономная работа терминалов вне рамок сети теряет

смысл в отличие от самостоятельного использования компьютеров в ком-

пьютерных сетях.

Следует отметить, что временная связь (для обмена сообщениями)

между двумя удаленными на любое расстояние компьютерами может быть

осуществлена без использования каких-либо компьютерных сетей на осно-

ве обычной

телефонной сети. Для этого на каждом компьютере должен

быть установлен модем и идентичное программное обеспечение для под-

держки удаленного соединения. При этом на время сеанса связи между

абонентами создается коммутируемый канал.

Общепринятой классификацией компьютерных сетей является их

разделение на локальные (LAN – Local Area Network), глобальные (WAN -

World Area Network) и корпоративные сети.

Простейшая сеть образуется соединением двух рядом

расположен-

ных компьютеров через последовательные (СОМ) или параллельные (LPT)

порты с помощью специальных кабелей. Такое соединение часто приме-

няют при подключении ноутбука к другому компьютеру с целью передачи

данных. В последние годы в практику входит использование инфракрас-

ных портов для соединения компьютеров в пределах прямой видимости

(без применения кабелей).

Локальная компьютерная сеть (ЛКС) представляет собой распре-

деленную на небольшой территории совокупность связанных компьюте-

ров, обеспечивающих обработку и передачу данных. В связи с ослаблени-

ем сигналов в соединяющих компьютеры электрических кабелях протя-

женность всей системы не должна превышать нескольких километров, что

ограничивает ее распространение рядом близко расположенных зданий.

132

Глобальная компьютерная сеть (ГКС) связывает информацион-

ные ресурсы компьютеров, находящихся на любом удалении, что предпо-

лагает использование различных специализированных устройств и каналов

связи для высокоскоростной и надежной передачи данных. Общедоступ-

ные глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользовате-

лей.

С позиции удобства описания иерархически организованных сетей в

качестве промежуточного уровня иногда используют понятие региональ-

ной компьютерной сети (РКС), для которой в качестве отличительной осо-

бенности указывается масштаб охватываемой ею территории города, ре-

гиона, страны или континента. Однако, уже за пределами территории, ох-

ватываемой ЛВС, построение сетей различного масштаба требует реше-

ний, характерных для больших (глобальных) сетей.

Корпоративная компьютерная сеть (ККС) создается для обеспе-

чения деятельности различного рода корпоративных структур (например,

банков со своими филиалами), имеющих территориально удаленные под-

разделения. В общем случае корпоративная сеть является объединением

ряда сетей, в каждой из которых могут быть использованы различные тех-

нические решения. По функциональному назначению корпоративная сеть

ближе к локальным сетям, по особенностям

используемых для передачи

данных технических решений и характеру размещения информационных

ресурсов – к глобальным сетям. В отличие от глобальных сетей как ло-

кальные, так и корпоративные сети являются, как правило, сетями закры-

того типа, политика доступа в которые определяется их владельцами (как

правило, для свободного доступа открыты небольшие сегменты сетей,

ориентированные на

рекламу, взаимодействие с клиентами и др.).

Следует отметить, что подавляющее большинство глобальных ком-

пьютерных сетей относятся к информационным сетям, обеспечивающим

поддержку передачи данных и поиска определенных, размещенных в сети

информационных ресурсов. В последнее десятилетие ведутся интенсивные

работы по созданию

глобальных вычислительных сетей, способных

объединить вычислительные мощности, входящих в различные локальные

сети компьютеров (определенной их части на текущий момент времени),

для решения трудоемких задач путем их разделения на относительно само-

стоятельные компоненты, параллельно выполняемые на многих компью-

терах (телекоммуникационное оборудование обеспечивает взаимодействие

компьютеров при обмене данными и результатами их обработки в процес-

се

решения задачи). Ряд исследовательских институтов и университетов по

всему миру вовлечены в разнообразные проекты, цель которых - развитие

модели сетевых вычислений Grid, которая предполагает построение ог-

133

ромной сети компьютеров таким образом, чтобы все машины в совокупно-

сти действовали как единая система. За счет связи разнородных серверов,

систем хранения и программного обеспечения различные исследователь-

ские центры, к примеру, могут обмениваться между собой вычислитель-

ными ресурсами и данными. В области компьютерных сетей стал приме-

няться термин

метакомпьютинг, обозначающий направление использова-

ния компьютерных сетей для создания распределенной вычислительной

инфраструктуры национального и мирового масштаба.

Создание компьютерной сети представляет собой сложную задачу,

при решении которой необходимо учитывать широкий круг взаимосвязан-

ных вопросов: выбор рациональной структуры сети из множества возмож-

ных вариантов, в наибольшей степени удовлетворяющей назначению сети

и имеющимся различного

рода ограничениям; выбор каналов связи между

элементами сети (рабочими станциями, сегментами, входящими в нее се-

тями меньшего масштаба и др.) с оценкой их пропускной способности; оп-

ределение эффективной схемы маршрутизации передаваемых пакетов дан-

ных (сообщений); обеспечение взаимодействия разнородных элементов се-

ти с реализованными в них отличающимися от типовых решениями; дос-

туп

пользователей и процессов к различным категориям сетевых ресурсов;

защиту ресурсов сети от несанкционированного доступа и др.

Проектирование сетей осуществляется с оптимизацией нескольких

показателей качества: минимизацией времени обслуживания пользовате-

лей, надежности обслуживания, минимизацией расходов на создание сетей

и их содержание и др.

Многолетняя практика создания компьютерных сетей различного

масштаба позволила выработать

ряд основополагающих принципов, ис-

пользуемых при проектировании новых сетей:

• системный подход, предполагающий подчинение всех прини-

маемых решений общей цели создания компьютерной системы. При этом

выбор архитектуры сети, организация каналов передачи данных, характер

территориального размещения баз данных, особенности доступа пользова-

телей к ресурсам сети, функциональные возможности аппаратного и про-

граммного обеспечения должны соответствовать назначению сети, и в

пределе - оптимизировать принятые при ее

проектировании критерии ка-

чества Системный подход изначально позволяет акцентировать внимание

на внутренней непротиворечивости реализуемых решений;

• реализация архитектуры открытых систем, ориентированной

на возможность расширения (изменения), в том числе, через взаимодейст-

вие с другими сетями на основе принятых стандартов. Открытый характер

построения сети позволяет осуществить ее декомпозицию в виде относи-

134

тельно самостоятельных подсистем меньшего масштаба и модулей, в пре-

делах которых при проектировании могут быть использованы индивиду-

альные решения. Актуальность данного принципа подчеркивается значе-

нием модели

взаимодействия открытых систем OSI как общепризнанного

стандарта построения сетей. Открытость системы является основой для ее

адаптации (как правило, непрерывной) к изменяющимся условиям, вклю-

чая решение вопросов ее последующего масштабирования;

• использование унифицированных решений. Широкая номенк-

латура современных серийно выпускаемых специализированных аппарат-

ных и программных средств обеспечивает соответствие действующим ме-

ждународным стандартам в области построения компьютерных сетей, что

способствует снижению затрат и сокращению времени на их проектирова-

ние, монтаж и отладку, а также повышает надежность их последующей ра-

боты;

• поддержка различных способов доступа пользователей к ре-

сурсам сети

, соответствующих реализованным в ней сервисам (функци-

ям), характеру и статусу запрашиваемых ресурсов, уровню предъявляемых

полномочий по использованию конкретных ресурсов и др. При необходи-

мости в сети должен быть обеспечен режим удаленного доступа, реализо-

вана возможность одновременного использования сетевого ресурса не-

сколькими пользователями или процессами;

• обеспечение безопасности информации, включающее в себя

сохранение ее целостности, конфиденциальности и доступность информа-

ции для пользователей при наличии у них требуемых уровней полномочий.

Любая компьютерная сеть в самом общем виде может быть пред-

ставлена в виде двух взаимодействующих составляющих: коммутационной

системы и совокупности абонентов (включая их оборудование: рабочие

станции, серверы и др.). Основным назначением коммутационной системы

является формирование транспортной среды, обеспечивающей связь або-

нентов друг с другом. Абоненты сети потенциально могут как предостав-

лять

сетевые услуги, так и потреблять их. Изменение масштабов компью-

терной сети приводит к изменению сложности ее обеих составляющих.

Объединение компьютерных сетей различного масштаба позволяет

создавать иерархические сетевые структуры, обеспечивающие доступ к

множеству территориально распределенных информационных и вычисли-

тельных ресурсов. Примером классической трехуровневой компьютерной

системы может служить сеть Интернет в начале 90-

х годов, включающая в

себя на первом уровне - базовую скоростную магистраль, на втором – сеть

провайдеров, на третьем – локальные сети абонентов.

135

До 1995 года развитие всемирной глобальной сети Интернет контро-

лировалось Национальным научным фондом США (NSF – National Science

Foundation). Сеть имела строго иерархическую трехуровневую структуру.

Верхний уровень сети образовывала базовая высокоскоростная транспорт-

ная магистраль. Второй уровень формировался сетями региональных по-

ставщиков услуг по доступу к сети Интернет, подключенными к сети

верхнего уровня. Третий уровень составляли

сети локального уровня, при-

надлежащие учебным и научным учреждениям, предприятиям и др. Изна-

чально принятая в сети Интернет система адресации была ориентирована

на формирование полного сетевого адреса ресурса как совокупности адре-

сов соподчиненных сетей и адреса компьютера в конкретной локальной

сети.

Внедрение гипертекстовой технологии и развитие службы WWW

послужили мощным толчком расширения

масштабов сети Интернет и ее

превращения во многом в сеть с коммерческой направленностью. В по-

следние годы сеть Интернет приобрела типичную для глобальных сетей

узловую структуру, основу которой составляют объединенные каналами

связи коммутационные узлы, к которым подключены региональные по-

ставщики сетевых услуг.

С учетом приведенной классификации сетей обобщенная иерархиче-

ская структура компьютерной сети (рис.6.1), отражающая ее архитектуру,

включает в себя множество сетей различного уровня сложности, соеди-

няемых каналами связи и устройствами сопряжения.

При этом сети большего

масштаба могут объединять сети меньшего

масштаба, например, ЛВС могут входить в качестве самостоятельных ком-

понентов в состав РКС, а те, в свою очередь, являться частью глобальной

компьютерной сети. Каждая из отдельных сетей может иметь собственную

внутреннюю организацию коммутационной системы и специфические

особенности управления доступом к ее ресурсам. Основным назначением

различного рода

устройств сопряжения является обеспечение согласования

формы представления сообщения при его передаче из одной сети в дру-

гую, в соответствии с принятыми в них стандартами.

136

ГКС

РКС РКС РКС

ЛВС ЛВС ЛВС ЛВС ЛВС ЛВС

ЛВС ЛВС ЛВС

Рис.6.1. Обобщенная структура иерархически организованной компьютер-

ной сети

Аналогичную иерархическую архитектуру имеет глобальная сеть Fi-

doNet. Она является некоммерческой сетью, представляющей собой сово-

купность множества “электронных досок объявлений” BBS (Bulletin Board

System), объединенных в единую сеть с помощью каналов связи. Основ-

ным сервисом сети FidoNet является свободный доступ к множеству фай-

лов с актуальным программным обеспечением. В соответствии со структу-

рой сети FidoNet ее нижний уровень

образуется сетью, объединяющей

пользователей одного города (района области). Следующий уровень сети

формируется в рамках одного государства (региона) из совокупности сетей

нижнего уровня. Высший уровень сети формируется структурными едини-

цами в пределах одного материка (или большой части материка), называе-

мых зонами. Управляют работой сети FidoNet координаторы, закреплен-

ные за каждым из уровней

сети. Сеть FidoNet имеет устройства сопряже-

ния (шлюзы) с сетью Интернет.

137

6.2. Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI

Международная организация стандартов (ISO – International Organi-

zation Standardization) для координации разработки открытых сетей приня-

ла в 1978 году в качестве стандарта базовую

эталонную модель OSI (Open

System Interconnection). Эта модель допускает эволюцию сетей с учетом

новых результатов в теории и технике. Модель OSI определяет общие ре-

комендации для построения стандартов сетей, реализуемые как программ-

ными, так и аппаратными средствами. Она включает в себя семь иерархи-

ческих уровней, каждый из которых выполняет определенную функцио-

нальную задачу (табл.6.1.).

Таблица 6.1

Уровни модели OSI

№ Уровень Выполняемые функции Используемые

протоколы

1. Физический Установление, поддержка и

разъединение физического кана-

ла (все виды линий связи от ви-

той пары до оптоволоконного

кабеля).

Определяются

используемым

оборудованием

2. Канальный Управление передачей по ин-

формационному каналу (переда-

ча кадров с пакетами, контроль

данных, проверка состояния ка-

нала, добавление служебных

символов).

Ethernet, PPP,

SLIP

3. Сетевой Управление коммуникационны-

ми ресурсами, маршрутизация

пакетов, межсетевое взаимодей-

ствие, добавление служебных

символов для управления сетью.

IP, ARP

4. Транспортный Управление информационными

потоками, организация логиче-

ских каналов между процессами,

добавление служебных симво-

лов запроса и ответа.

TCP, UDP

5. Сеансовый Установление, поддержка и

окончание сеансов связи при-

TCP, UDP,

UUCP

138

кладных процессов. Управление

очередностью передачи с учетом

приоритетов.

6. Представительный Генерация и интерпретация ко-

манд взаимодействия процессов.

Представление данных в кодах и

форматах программ пользовате-

лей.

NNTP, SMTP,

POP2, POP3,

Telnet

7. Прикладной Поддержка прикладных процес-

сов (вычислительных, информа-

ционно-поисковых и др.) поль-

зователей.

FTP, HTTP,

SNMP, DNS

Три верхних уровня вместе с прикладными процессами пользовате-

лей образуют область обработки данных. Три нижних уровня образуют

область передачи данных между взаимодействующими системами и реа-

лизуют коммуникационные процессы по передаче данных. Средний

(транспортный) уровень обеспечивает транспортировку данных (собст-

венно трафик в сети) от отправителя к получателю. Он занимает особое

место

в иерархии уровней, поскольку здесь коммуникационная подсеть

(три нижних уровня) с пакетом данных в качестве автономно транспорти-

руемого объекта объединяется с верхними уровнями, использующими со-

общение в качестве отдельного объекта.

Протокол – набор правил, определяющих процедуру взаимодейст-

вия процессов, устройств, систем

. Применительно к модели сети, исполь-

зуемые в ней протоколы, управляют преобразованием форматов переда-

ваемых сообщений (пакетов), последовательностью работы компьютерной

техники, коммутационной аппаратуры и каналов связи, контролем и ис-

правлением возникающих ошибок.

За исключением физического уровня (его протоколы выполняются

аппаратно) для всех уровней модели сети протоколы реализуются про-

граммным способом через

драйверы, управляющие соответствующими се-

тевыми устройствами.

139

Приложение

Представление

Сеанс

Транспорт

Канал

Сеть

Физический

ур

овень

Сеть

Канал

Физический

ур

овень

Приложение

Представление

Сеанс

Транспорт

Канал

Сеть

Физический

ур

овень

Оконечный

пользователь

Оконечный

пользователь

Верхние

уровни

Нижние

(сетевые)

уровни

Промежуточный

узел

Физическая

среда

Рис.6.2.

Семиуровневая архитектура вычислительной сети (указа-

но направление передачи данных слева направо)

При передаче данных от прикладного процесса отправителя

(рис.6.2.) к получателю каждый уровень (за исключением физического)

добавляет свой заголовок со служебной информацией соответствующего

уровня. Каждый уровень модели на стороне получателя взаимодействует

только с заголовком такого же уровня. При последовательном прохожде-

нии пакета через узлы сети в каждом принимающем узле управляющая

информация

отделяется от остальной части пакета, в результате к получа-

телю приходит только само сообщение.

140

6.3. Организация локальных и корпоративных

сетей, характерные особенности их топологии

и используемых технических средств

Главное назначение ЛВС заключается в предоставлении имеющихся

в ней информационных и вычислительных ресурсов для работающих в се-

ти пользователей. Основную часть оборудования ЛВС составляют серверы

и рабочие станции. В больших ЛВС одновременно используется ряд спе-

циализированных серверов: файл-сервер, сервер баз данных, принт-сервер,

почтовый сервер, сервер безопасности и др.

С учетом реализации распределенной обработки данных в компью-

терных сетях функции обработки могут выполняться как сервером, так и

клиентом. В общем случае

под клиентом понимается любая выполняемая

задача, рабочая станция или работающий пользователь сети. При обработ-

ке данных клиент может обратиться к серверу за предоставлением опреде-

ленного ресурса, в частности, для выборки данных из находящейся на сер-

вере базы в соответствии с заданным условием отбора. При условии обра-

ботки данных в соответствии с запросом клиента

непосредственно про-

граммными средствами (обычно СУБД), установленными на сервере, и

передачей клиенту результатов выполнения запроса подобные системы

обработки данных относят к системам с архитектурой

клиент-сервер.

Файл-сервер, также как и клиент-сервер, организует хранение данных

общего пользования, обеспечивает одновременный доступ многих пользо-

вателей сети к данным, передает данные пользователям, однако файл-

сервер не предназначен для выполнения основного объема операций обра-

ботки размещенных на нем данных. Основными функциями файл-сервера

являются: хранение данных, архивирование данных, обеспечение целост-

ности

данных при одновременной работе с ними ряда пользователей, пере-

дача данных. На файл-сервере помимо совместно обрабатываемых файлов

также находятся и совместно используемые программы. Следует отметить

характерный для архитектуры файл-сервер интенсивный

трафик (трафик –

объем передаваемых данных за определенный период времени), предъяв-

ляющий весьма жесткие требования к пропускной способности канала и

надежности связи.

На

сервере баз данных размещаются необходимые для работы базы

данных (например, базы информационно-справочной системы “Консуль-

тант Плюс”, основные базы автоматизированной банковской системы и

др.). В общем случае базы данных могут пополняться и изменяться с раз-

личных рабочих станций, с них же пользователи имеют возможность от-