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

Подождите немного. Документ загружается.

151

этом ряду занимает глобальная сеть Интернет, предоставляющая пользова-

телю практически неограниченные информационные ресурсы.

Объединению сетей меньшего масштаба в глобальные сети способ-

ствует создание национальных и международных ассоциаций систем ком-

пьютерной связи на основе выработанных международных стандартов.

Практически во всех развитых странах мира, выпускаемые технические и

программные средства для поддержки сетевых

структур, ориентированы

на построение

сетей с открытой архитектурой, удовлетворяющих меж-

дународным стандартам. Такая архитектура ориентирована на последую-

щее развитие, предполагающее как собственно расширение структуры се-

ти, так и увеличение видов предоставляемых пользователям сервисов и их

качества. Для современных систем характерен доменный метод организа-

ции, повышающий уровень безопасности сети, упрощающий управление

сетью за счет введения элементов централизации, облегчающий создание

сложной сети путем подсоединения других локальных фрагментов (ло-

кальных сетей).

Домен представляет собой логическое объединение одно-

го или нескольких серверов и других компьютеров с общей системой

безопасности и контролем за выделяемыми пользователям ресурсами. Ка-

ждый домен имеет индивидуальное имя, полное имя входящего в состав

домена компьютера включает в себя и имя домена. Разделение сети на до-

мены может осуществляться по функциональному

назначению, по терри-

ториальному расположению и др.

В отличие от локальных сетей, не имеющих существенных ограни-

чений на использование высокоскоростных линий связи (ввиду их малой

протяженности), при построении глобальных сетей изначально предпола-

гается создание быстродействующей системы связи, формирующей

транспортную основу для передачи сообщений. Система связи традици-

онно строится в виде совокупности

узлов коммутации и соединяющих их

каналов связи. Остальные компоненты глобальной сети (локальные сети,

хост-компьютеры и др.) подключаются к системе связи посредством раз-

личного рода согласующих устройств. Рассредоточенное (децентрализо-

ванное) управление различными фрагментами сети осуществляется, глав-

ным образом, с помощью компьютерной техники и специализированного

программного обеспечения, сосредоточенных в узлах коммутации.

Согла-

сованная работа множества образующих глобальную сеть разнотипных

устройств (при децентрализованной схеме управления ими) обеспечивает-

ся благодаря реализации единых международных стандартов, определяю-

щих все ключевые стороны сетевого взаимодействия. Сети с подобной ор-

ганизацией называют

сетями с узловой структурой. Помимо транспорт-

ной среды сеть предоставляет пользователям доступ к различного рода

152

информационным ресурсам, находящимся на серверах (сайтах), связанных

с транспортной системой сети.

Традиционным решением подключения компьютеров пользователей

к глобальным сетям является использование модемов, обеспечивающих

предельно достижимую скорость 56 Кбит/с при передаче сообщений от

провайдера к пользователю и 33 Кбит/с при передаче в обратном направ-

лении.

Менее распространен вариант подключения к глобальной

сети по-

средством цифровых каналов передачи данных. Сети ISDN (Integrated Ser-

vices Digital Network – цифровая связь с интеграцией услуг) изначально

ориентированы для передачи как данных, так и голоса. Подключение

компьютера пользователя к сети ISDN осуществляется посредством двух

цифровых каналов, каждый из которых имеет гарантированную пропуск-

ную способность 64 Кбит/с; при этом в компьютер должен быть заранее

установлен

специализированный адаптер ISDN. При необходимости пере-

дачи по каналам сети ISDN аналогового сигнала предварительно осущест-

вляется его оцифровка (преобразование в цифровую форму). В настоящее

время сети ISDN используются для передачи данных, объединения ЛВС,

доступа к глобальным компьютерным сетям, передачи чувствительного к

временным задержкам трафика (звука, видео), осуществления телефонии.

Сети ISDN имеют устройства сопряжения с

сетями, использующими дру-

гие технологии передачи.

В последнее время активно внедряется технология DSL (digital signal

line) с цифровой передачей данных по имеющимся телефонным линиям

связи, обеспечивающая для усовершенствованного варианта ADSL пере-

дачу данных со скоростью до 2 Мбит/с. Использование этой технологии

предполагает установку на пользовальском компьютере ADSL-модема;

оплата провайдеру при выходе в Интернет, как правило,

осуществляется с

учетом объема трафика.

В основе глобальных сетей с открытой архитектурой используется

многоуровневый принцип передачи сообщений. В соответствии с сетевой

моделью OSI, формирование сообщения осуществляется на самом верх-

нем уровне (прикладном). Далее сообщение проходит последовательно

все уровни до нижнего (физического), где передается по каналу связи в

сторону получателя. По мере прохождения

каждого уровня системы со-

общение трансформируется и к нему поочередно добавляется соответст-

вующий заголовок со служебной информацией. В узле получателя сооб-

щение проходит от нижнего уровня к верхнему, при этом каждый уровень

снимает соответствующий ему заголовок.

153

Управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего

уровня модели OSI. В целом для этих протоколов характерно выполнение

ряда процедур: инициализации связи, передачи и приема данных, завер-

шения обмена. Идентификация рабочих станций в сети осуществляется

через сетевой адрес или индивидуальное имя. Протоколы определяют

особенности приема/передачи сообщений между отправителем и получа-

телем (обычно

вводятся ограничения на длину сообщений). Наиболее рас-

пространенным протоколом управления обменом данных является прото-

кол TCP/IP.

В глобальных сетях при организации обмена используются два спо-

соба: без установления логического соединения между двумя взаимодей-

ствующими узлами и с установлением логического соединения.

Способ связи без установления логического соединения широко

используется в сетях с коммутацией пакетов с представлением каждого

пакета отдельным объектом с его независимой доставкой получателю (ис-

пользуется в сети Интернет). Для этого способа характерна возможность

передачи любых пакетов в произвольные моменты времени, при занятости

необходимого канала связи возможна посылка по другим маршрутам в

направлении получателя. Данный способ

относится к категории наиболее

простых способов, не требующих посылки подтверждения от получателя

к отправителю. При малой загруженности каналов связи данный способ

позволяет значительно сократить время на передачу длинных сообщений.

Однако, при увеличении загруженности каналов вероятны задержки паке-

тов, возможна потеря отдельных пакетов.

Способ связи с установлением логического соединения обеспечи-

вает более высокий уровень сервиса (используется в сетях АТМ, Frame

Relay, X.25). До начала непосредственной передачи данных между узлами

отправителя и получателя сообщения устанавливается логический вирту-

альный канал. При этом отправитель посылает запрос на соединение уда-

ленному абоненту, в ответ на который абонент отправляет сигнал под-

тверждения и только затем начинается передача

данных. После заверше-

ния обмена данными абонент отправляет уведомление отправителю (ини-

циатору установления логического канала), трактуемое как сигнал о разъ-

единении канала. Данный способ широко применяется в виртуальных се-

тях. Он обеспечивает большую оперативность в обмене данными и гаран-

тированную надежность их доставки. Способ эффективен при долговре-

менном характере взаимодействия

без существенных пауз в потоке пере-

даваемых данных.

Одной из важнейших задач, возникающих при организации сетей со

сложной структурой и особенно глобальных сетей, является решение во-

154

просов маршрутизации, нацеленных на выбор оптимального маршрута

для передачи данных от отправителя к получателю. Современные сети

(локальные, глобальные, корпоративные) имеют сложную структуру со

смешанной топологией, что предопределяет необходимость целенаправ-

ленного определения конкретного маршрута передачи из совокупности

потенциально возможных решений. Особую актуальность данный вопрос

приобретает в сетях с произвольной (в

виде свободной совокупности яче-

ек) топологией, характерной для глобальных сетей.

Основными целями маршрутизации являются:

• минимизация времени доставки сообщения (пакета) от отправи-

теля к получателю;

• достижение максимальной пропускной способности сети в це-

лом, что достигается, в частности, равномерной загрузкой различных кана-

лов связи;

• обеспечение надежной доставки сообщений.

Крупнейшей компьютерной сетью глобального уровня, ориентиро-

ванной на сферу банковской деятельности, является

сеть SWIFT. По мере

своего развития она все шире использует подходы, применяемые при по-

строении открытых систем, что упрощает ее связь с различными глобаль-

ными и региональными сетями. Компоненты сети SWIFT находятся во

всех частях света. В обобщенной архитектуре сети SWIFT выделяются че-

тыре уровня:

• автоматизированные банковские системы (АБС) абонентов сети

(банков);

• региональные процессоры, принимающие сообщения со стороны

АБС и производящие их предварительную проверку;

• групповые процессоры, обеспечивающие хранение сообщений и

их маршрутизацию;

• системные управляющие процессоры (расположены в двух уда-

ленных друг от друга центрах и способны индивидуально управлять сетью

в целом), выполняющие общие задачи контроля и управления сетью.

Таким образом, глобальная сеть SWIFT имеет иерархическую струк-

туру и состоит из абонентов (банков с соответствующими АБС), процес-

сорных центров трех уровней и коммутационной системы. Сеть

SWIFT не

имеет собственных каналов связи, а арендует их у других сетей различного

уровня. В сети принят собственный формат передаваемых сообщений. Ис-

пользуется специально разработанное программное обеспечение. Реализо-

ванные в сети меры безопасности данных при вхождении абонентов сис-

темы в сеть, распознавание “своих” сообщений, шифрование сообщений

155

перед их отправкой, использование механизма подтверждения принимае-

мых сообщений, ведение архивов передаваемых сообщений, наличие гото-

вого к работе в любой момент времени (режим горячего резервирования)

резервного оборудования в процессорных центрах – все это и ряд допол-

нительных мер организационного характера позволили обеспечить уни-

кальную надежность прохождения платежей между абонентами системы.

Сеть

SWIFT объединяет около 7 тысяч банков, вступление в нее сопряже-

но со значительными денежными затратами, однако гарантированное про-

хождение платежа менее чем за 20 минут при обычном приоритете и за 5

минут при срочном приоритете привлекает в сеть новых абонентов.

6.4.2. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ СВЯЗИ

И КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Телекоммуникационная система представляет собой распределен-

ную сеть, объединяющую традиционные сети передачи данных с переда-

чей сообщений в цифровой форме и телефонные сети с передачей сооб-

щений в аналоговой форме, предназначенную для передачи между або-

нентами трафика различной природы, с различными вероятностно-

временными характеристиками. Основной функцией телекоммуникаци-

онных систем, поддерживающих работу компьютерных сетей,

является

организация оперативного и надежного обмена данными между абонен-

тами. Главный показатель эффективности функционирования телекомму-

никационных систем – время доставки сообщений - определяется рядом

факторов:

• структурой сети связи;

• пропускной способностью линий связи;

• способами соединения каналов связи между абонентами;

• используемыми протоколами информационного обмена;

• методами доступа абонентов к передающей среде;

• методами маршрутизации пакетов и др.

В целом на телекоммуникационную систему возлагается выполне-

ние ряда задач связанных с обеспечением пользовательского трафика:

• согласование форматов сообщений (сигналов) передаваемых че-

рез различные каналы системы;

• синхронизацию работы каналов;

• коммутацию (каналов, сообщений, пакетов);

• маршрутизацию (сообщений, пакетов);

156

• обеспечение требуемого уровня помехозащищенности и др.

Соответственно, все аппаратные и программные средства, обеспе-

чивающие решение этих задач, являются частью телекоммуникационной

системы.

Для телекоммуникационных систем характерен ряд специфических осо-

бенностей:

• разнотипность применяемых каналов связи – от телефонных до

спутниковых;

• ограниченность числа каналов между абонентами, которые мож-

но использовать для передачи различного рода сообщений;

• различные уровни пропускной способности доступных каналов

связи.

Одним из важнейших факторов, определяющим возможности теле-

коммуникационных систем и компьютерных сетей в целом, являются тех-

нические характеристики каналов связи.

Канал связи (передачи данных)

состоит из линии связи и используемой на обеих сторонах линии аппара-

туры передачи данных.

Линия связи представляет собой физическую

среду, через которую с помощью сигналов осуществляется передача дан-

ных. Для передачи большого трафика на значительные расстояния широ-

кое применение находят спутниковые, радиорелейные, кабельные и опто-

волоконные каналы связи. В целом телекоммуникационная система может

быть представлена в виде совокупности связанных с помощью специали-

зированного коммуникационного оборудования каналов

связи.

Для оценивания свойств каналов связи и коммуникационной сети

используют ряд характеристик:

• скорость передачи данных по каналу связи (измеряется в бит/с);

• пропускную способность канала связи (измеряется количеством

передаваемых символов за секунду);

• достоверность передачи данных (измеряется количеством ошибок

на один переданный знак);

• надежность (измеряется средним временем безотказной работы в

часах).

В зависимости от вида используемых линий связи каналы подразде-

ляются на проводные и беспроводные. К беспроводным каналам относят:

спутниковые, инфракрасные, радиорелейные и другие каналы связи. В

проводных каналах используют телефонные линии, различного рода кабе-

ли для передачи электрических и оптических сигналов.

Появление спутниковых

сетей связи (первый спутник связи запущен

в 1958 году) сравнимо по значимости с изобретением телефона. В настоя-

157

щее время спутники связи выводятся на геостационарные орбиты, при

этом они постоянно находятся над определенными участками поверхно-

сти Земли. К преимуществам спутниковой связи относятся: большая про-

пускная способность, обусловленная работой в широком диапазоне гига-

герцовых частот; обеспечение связи между узлами (станциями), располо-

женными на большом расстоянии друг от друга; независимость

оплаты

трафика от расстояния (стоимость определяется временем работы или

объемом трафика). В то же время при использовании спутниковой связи

необходимо предпринимать меры повышенной информационной безопас-

ности, исключающие возможность перехвата передаваемых сообщений,

имеет место задержка сигнала при приеме из-за больших расстояний, воз-

можно временное ухудшение качества связи из-за воздействия

атмосфер-

ных явлений.

Различают выделенные некоммутируемые каналы связи и каналы

связи с коммутацией на время передачи данных по этим каналам.

При использовании

выделенных каналов связи приемопередающая

аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспе-

чивается высокая степень готовности системы к передаче информации и

более высокое качество связи. Однако, из-за сравнительно больших рас-

ходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рента-

бельность достигается только при условии высокой загрузки каналов.

Для

коммутируемых каналов, создаваемых только на время пере-

дачи определенного объема данных, характерны высокая гибкость и срав-

нительно небольшая стоимость при малом объеме трафика. Недостатки

таких каналов: потери времени на коммутацию (на установление связи

между абонентами), возможность блокировки передачи из-за занятости

отдельных участков линии связи, пониженное качество передачи, большая

стоимость при значительном

объеме трафика.

В зависимости от методов установления соединения между узлами

различают сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и комму-

тацией пакетов.

В сетях с

коммутацией каналов на время передачи сообщений из

отдельных участков (каналов) формируется единый, сквозной канал между

двумя абонентами. Сеанс связи складывается из трех фаз: установление

соединения путем последовательного наращивания подключенных участ-

ков, передача данных по сигналу готовности сквозного канала к передаче,

разъединение соединения. Характерным примером системы с коммутацией

каналов является междугородняя телефонная связь, обеспечивающая

сквозной телефонный канал между абонентами независимо от их место-

расположения. Главным преимуществом сетей с коммутацией каналов яв-

158

ляется возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе

времени. К недостаткам относятся: большое время на установление сквоз-

ного канала из-за возможного ожидания освобождения отдельных участ-

ков, ограничение скорости передачи возможностями наименее скоростного

участка, возможность захвата канала одним абонентом на значительный

временной промежуток.

В сетях с

коммутацией сообщений отсутствует необходимость в

формировании сквозного канала. Такой метод передачи реализует техно-

логию “запомнить и послать”. Каждое передаваемое сообщение (единич-

ный объект) последовательно перемещается между узлами коммутации

через соединяющие их каналы связи в направлении получателя. При заня-

тости очередного требуемого для передачи сообщения канала связи сооб-

щение целиком сохраняется в памяти

узла до момента освобождения кана-

ла связи. Таким образом, время передачи сообщения от одного абонента

другому определяется не только пропускной способностью отдельных ис-

пользуемых каналов связи, но и возможно временем ожидания в очередях

некоторых узлов коммутации. Для метода помимо отсутствия необходи-

мости создания временного сквозного канала характерно формирование

маршрутов передачи из

отдельных участков с различной пропускной спо-

собностью, реализация различных схем обслуживания с учетом уровня

приоритетов. Однако при этом критичное значение для системы в целом

имеют технические характеристики и состояние оборудования узла ком-

мутации (в частности коммутатора).

Сети с

коммутацией пакетов развивают метод коммутации сооб-

щений, позволяя достичь более высокой пропускной способности сети и

повысить эффективность использования сетевых ресурсов. Метод комму-

тации пакетов предполагает разделение исходного сообщения на ряд час-

тей, каждая из которых формирует отдельный пакет. Помимо собственных

передаваемых данных в каждом пакете размещается дополнительная слу-

жебная информация, включающая адреса

получателя и отправителя, по-

рядковый номер пакета в рамках одного сообщения, контрольные данные.

Каждый принимающий пакет узел контролирует пакет на наличие ошибок

и в случае их обнаружения выдает запрос на повторную передачу этого

пакета. В общем случае различные пакеты, содержащие части одного со-

общения, могут быть доставлены получателю по различным маршрутам

(режим альтернативной маршрутизации, позволяющий обходить повреж-

денные или занятые узлы связи и каналы). Ввод в сеть чрезмерно большо-

го количества пакетов приводит к росту задержек их передачи и снижению

производительности сети.

159

В целом метод коммутации пакетов в сравнении с другими методами

обеспечивает наименьшую задержку передаваемых сообщений при наи-

большей пропускной способности сети.

В каналах связи используется три режима передачи: симплексный,

полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим используется для

передачи данных только в одном направлении. Характерным примером ор-

ганизации симплексного канала является система телевизионного вещания

(от излучающей антенны телевизионного центра к принимающей антенне

абонента).

Полудуплексный режим обеспечивает возможность передачи

сообщений в обоих направлениях, но в любой момент времени всегда

только в одном направлении. Полудуплексный режим обмена сообщения-

ми характерен для нормального протекания экзамена, когда вопросы одной

стороны сопровождаются последующими ответами другой стороны.

Дуп-

лексный режим

обеспечивает одновременную передачу сообщений в

обоих направлениях. Фактически дуплексный канал представляет собой

два разнонаправленных симплексных канала между двумя узлами сети.

Дуплексный режим широко используется при передаче сообщений как в

локальных, так и в глобальных сетях, обеспечивая эффективное использо-

вание ЭВМ и каналов связи.

Для сопряжения компьютеров с каналами связи необходимы

специа-

лизированные устройства –

сетевые адаптеры. Они позволяют согласо-

вать параметры сигналов внутреннего интерфейса компьютеров с парамет-

рами сигналов, используемых в каналах связи определенного типа. При

этом обеспечивается как физическое согласование по форме, уровню сиг-

налов, так и на уровне кодирования. Помимо одноканальных адаптеров в

сетях широко используют и многоканальные адаптеры –

мультиплексоры

передачи данных

. В сетях со сложной конфигурацией находят примене-

ние специализированные интеллектуальные

связные процессоры.

При подключении компьютера к телефонной линии функции сетево-

го адаптера выполняет модем. При увеличении протяженности сети с ис-

пользованием кабелей применяют повторители, обеспечивающие поддер-

жание формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее по срав-

нению с типовыми значениями расстояние.

Как и в локальных сетях со сложной структурой, направление

сооб-

щений (пакетов) по конкретным каналам связи глобальных сетей осущест-

вляется с помощью

маршрутизаторов.

160

6.4.3. Назначение, характеристика, структура и состав сети

ИНТЕРНЕТ, возможности и условия ее использования

Интернет (Internet - system of INTERconnected computer NETworks)

представляет собой глобальную компьютерную сеть, объединяющую в

своем составе как локальные вычислительные сети, так и отдельные ком-

пьютеры (host-компьютеры).

В основе создания сети Internet использованы технические решения

сети ARPANET, разработанной по заказу Министерства обороны США с

целью обеспечения высоконадежной системы коммуникаций между узла-

ми управления системой обороны страны в случае нанесения

ядерных уда-

ров. С другой стороны, сеть обеспечивала эффективную транспортную

среду между университетами, военными учреждениями и предприятиями

оборонной промышленности. Использование сетевой структуры позволило

организовать обмен данными между ее абонентами по ряду альтернатив-

ных каналов.

В дальнейшем была создана сеть NSFNET Национального научного

фонда США (NSF), объединившая основные научные центры страны. В

1987 году

хребет системы NSFNET составляли 13 компьютерных центров,

расположенных в различных частях США и соединенных высокоскорост-

ными каналами связи. Различные пользователи имели возможность под-

ключиться к сети и использовать вычислительные мощности суперкомпь-

ютеров этих центров. Открытая для широкого доступа сеть NSFNET пол-

ностью вытеснила сеть (фактически корпоративную) ARPANET, ликвиди-

рованную в 1990 году.

Параллельно схожие по

организации сети национального масштаба

были созданы и в других странах. Их объединение к середине 90-х годов

сформировало сеть Интернет в современном виде. Интенсивное использо-

вание сети Интернет в России началось с этого периода.

В целом Интернет не имеет ни владельца, ни единой управляющей

административной структуры. В настоящее время Интернет объединяет

десятки

тысяч локальных вычислительных сетей и миллионы host–

компьютеров, расположенных во всех странах мира. Вход пользователей в

Internet осуществляется посредством специализированных организаций –

провайдеров (в Тульской области из более половины десятка провайдеров

основным провайдером является “Тулателеком”), как правило, на коммер-

ческой основе (для возмещения затрат на поддержку работы регионально-

го сегмента сети и его

развитие).

Использование сети Интернет реализуется по нескольким направле-

ниям: в качестве глобальной транспортной системы с возможностью быст-