Юринець В.Є., Юринець Р.В. Автоматизовані інформаційні системи. Електронний посібник

Подождите немного. Документ загружается.

функції табличних процесорів дають можливість перевіряти орфографію

тексту, захищати дані від несанкціонованого доступу (читання або запису).

1.2.4. Інформаційні мережні технології

З огляду на широке впровадження засобів обчислювальної техніки

у різноманітні сфери людської діяльності, виникла проблема організації

взаємодії між різними комп’ютерами і, зокрема, між комп’ютерами та

користувачами. Основні чинники, які спонукають до цього, такі:

— обмін інформацією між працівниками, зовнішніми і внутрішні-

ми користувачами;

— спільне використання дорогих і високопродуктивних ресурсів,

зокрема,

принтерів, нагромаджувачів великого обсягу і графопо-

будовників;

— створення спільних інтегрованих і розподілених баз даних та

знань, архівів;

— підвищення ефективності системи за рахунок перерозподілу

роботи серед персональних комп’ютерів;

— створення систем колективного прийняття рішень, плануван-

ня і прогнозування.

Ус і ці завдання мусять розв’язувати комп’ютерні обчислювальні

мережі, які є сукупністю взаємопов

’язаних через канали передачі

даних комп’ютерів і забезпечують ефективний розподіл та колективне

використання технічних, програмних, інформаційних та інших

обчислювальних ресурсів.

За ступенем територіальної розподіленості розрізняють глобаль-

ні, регіональні і локальні обчислювальні мережі.

Глобальні обчислювальні мережі об’єднують користувачів, які

знаходяться на великій відстані один від одного (понад 10 тис. км), у

різних куточках

земної кулі. Для встановлення зв’язку часто

використовують супутникові канали, які дають змогу з’єднувати вузли

обчислювальної мережі і комп’ютери.

Регіональні обчислювальні мережі функціонують на значно

менших відстанях, ніж глобальні мережі (10 – 1000 км) і здебільшого

об’єднують користувачів міста, області, невеликих країн. Каналами

зв’язку найчастіше такі обчислювальні мережі використовують

телефонні лінії.

Локальні обчислювальні мережі (ЛОМ) (LAN – Local Area Net-

work) об’єднують користувачів, які перебувають у географічно

обмеженому просторі, здебільшого, в межах фірми (підприємства,

установи, організації). ЛОМ широко розповсюджені, оскільки 80–90 %

інформації циркулює поблизу місць її виникнення і лише 10–20 %

пов’язані з зовнішніми взаємодіями. Характерними рисами ЛОМ є:

— розміщення на одній обмеженій території (у локальних обчис-

лювальних мережах пристрої встановлюють здебільшого на відстані

300–1500 м один від одного), але з можливістю виходу на зовнішнє

середовище та входу в глобальні чи інші локальні ЛОМ;

— можливість інформаційної комунікації між будь-якими

прист-

роями, що входять до складу ЛОМ;

— відкритість ЛОМ, яка полягає у можливості приєднання або

заміни нових пристроїв;

— простота приймання та передавання повідомлень, листів та

іншої кореспонденції з використанням електронної пошти;

— можливість приєднання до мережі суперкомп’ютера і нагро-

маджувачів високої ємності, доступних усім абонентам ЛОМ.

Локальна обчислювальна мережа складається

із сервера, робо-

чих станцій (клієнти) і з’єднувальних кабелів, адаптерів (пристрої для

приєднання комп’ютерних кабелів), а також пристроїв, які приєднуються

до мережі, зокрема: нагромаджувачі, принтери, графопобудовники.

Сервер – це персональний або віртуальний комп’ютер, який

виконує функції з обслуговування робочих станцій (клієнтів) і розпо-

діляє ресурси системи (принтери, графопобудовники, бази

даних,

програми, зовнішню пам’ять тощо).

Робочі станції або клієнти (комп’ютери або термінальні пристрої)

відповідають за оброблення інформації і передавання запитів до сервера.

На робочих станціях здебільшого працюють звичайні користувачі.

Вузол ЛОМ утворює робоча станція або сервер. Окрім кабелю

та плати мережного адаптера, у ЛОМ є ще такі елементи: концентра-

тор ліній для підтримування 8–32 робочих станцій; транслятор

(повторювач) – пристрій, що приймає сигнал і ретранслює його на іншу

ділянку кабелю; міст – пристрій з’єднання двох однотипних ЛОМ;

шлюз – пристрій з’єднання двох різнотипних ЛОМ або ЛОМ з

глобальною мережею.

Локальні обчислювальні мережі можуть бути однорідними і

неоднорідними. Перші об’

єднують однотипні або близькі за харак-

теристиками комп’ютери, а другі містять здебільшого один потуж-

ніший комп’ютер (т. зв. Host-комп’ютер чи Host-вузол), який керує

функціонуванням мережі і може об’єднувати різнотипні комп’ютери.

За пропускною здатністю каналів передавання й оброблення

інформації, складністю апаратних засобів, вартістю побудови та функ-

ціональними

можливостями умовно виділяють малі, середні та великі

класи ЛОМ.

Малі комп’ютерні обчислювальні мережі характеризуються

пропускною здатністю до 0,8 Мбіт/с, вартістю інтерфейсу до 10 – 15 %

вартості комп’ютерів, які входять до складу мережі, і дещо обмеже-

ними функціональними можливостями. Зазвичай, ці мережі об’єднують

10–20 однотипних персональних комп’ютерів і використовуються для

простого

оброблення даних: текстів, таблиць, відомостей і звітів.

Здебільшого, вони застосовуються в управлінських структурах неве-

ликих підприємств (фірм), установ та організацій.

За функціональним використанням малі обчислювальні мережі

поділяють на універсальні, які забезпечують керуючий інформаційно-

пошуковий та обчислювальний види роботи, і спеціалізовані, призначені

для забезпечення окремих видів управлінської діяльності.

Середні комп’ютерні обчислювальні мережі

мають пропуск-

ну здатність до 2 Мбіт/с, порівняно невелику вартість інтерфейсу (до

25 % вартості комп’ютерів), ширші функціональні можливості і можуть

об’єднувати в мережу різнотипні комп’ютери. Крім розподілу перифе-

рійних пристроїв, вони дають змогу здійснювати оперативний доступ

до глобальних банків даних, забезпечуючи високий рівень

інтерактивності міжкористувацьких обмінів інформацією під час діалогу

Великі комп’ютерні обчислювальні мережі характеризуються

пропускною здатністю понад 10 Мбіт/с, відносно високою вартістю

інтерфейсу (до 60 % вартості комп’ютерів, які входять до складу

мережі), широкими функціональними можливостями і призначені для

об’єднання сотень різнотипних комп’ютерів.

За способом передавання інформації обчислювальні мережі поді-

ляють на мережі комутації каналів, мережі комутації повідомлень,

мережі комутації пакетів та інтегральні комп’ютерні мережі.

Першими з’явилися мережі комутації каналів, за

допомогою

яких, аби виконати передавання інформації між клієнтами, утворюється

пряме з’єднання, яке має залишатися незмінним протягом усього

сеансу роботи. Основний їхній недолік полягає у низькому коефіцієнті

використання каналів, значній вартості передавання даних та збільшенні

часу очікування інших клієнтів.

У процесі комутації повідомлень інформація передається порція-

ми, які називають повідомленнями. Пряме з’єднання

не встановлю-

ється, а передавання повідомлення починається після звільнення чер-

гового каналу, поки повідомлення не потрапить до адресата. Кожним

сервером здійснюється приймання інформації, її нагромадження,

перевіряння, визначення маршруту і передавання. Недоліками цього

типу передавання інформації є мала швидкість передавання і

неможливість проведення діалогу між клієнтами, хоча вартість

передавання інформації знижується.

Під час

комутації пакетів обмін проводиться короткими паке-

тами фіксованої структури. Пакет є частиною повідомлення, яка

відповідає певному стандарту. Мала довжина пакетів запобігає

блокуванню ліній зв’язку і зменшує черги у вузлах комутації. Це

забезпечує швидке з’єднання, низький рівень помилок, надійність та

ефективність використання мережі. Однак, під час передавання пакета

виникає проблема визначення маршруту,

що вирішується програмно-

апаратними способами. Найпоширенішими способами є фіксована

маршрутизація і маршрутизація найкоротшої черги. Фіксована маршру-

тизація передбачає наявність таблиці маршрутів, у якій задається

маршрут від одного клієнта до іншого, що забезпечує простоту

реалізації, проте нерівномірно завантажується мережа. Під час реалі-

зації способу найкоротшої черги використовується декілька таблиць, у

яких використовувані канали розкладено

за пріоритетами. Передавання

інформації починається по першому вільному каналу з вищим

пріоритетом, водночас затримування передачі пакета мінімальне.

Мережі, які забезпечують комутацію каналів, повідомлень і паке-

тів, називають інтегральними. Такі обчислювальні мережі об’єднують

декілька комутаційних мереж. Частина інтегральних каналів використо-

вується монопольно, тобто для прямого з’єднання. Прямі канали

створюються на час проведення сеансу зв’

язку між різними комута-

ційними мережами. Після закінчення сеансу прямий канал розпадається

на незалежні магістральні канали. Інтегральна мережа ефективна, коли

обсяг інформації, що передається, не більший 10—15 %.

Однією з важливих характеристик локальної обчислювальної

мережі є її топологія, від якої залежить фізична та логічна конфігурації

мережі. Залежно від характеру комутації потоків інформації, ЛОМ

поділяють

на зіркоподібні, кільцеві, магістральні (шинні), петлеві і

змішані. Найпоширенішими є перші три. Розглянемо їх конкретніше.

Зіркоподібна топологія ЛОМ передбачає з’єднання каналів, що

відходять від різних комп’ютерів, в одному місці, яке називають

центральним вузлом. Ус і сеанси зв’язку проводяться саме через цей

вузол за допомогою власного каналу передавання даних, що забезпе-

чує

високу пропускну здатність інформації. Контролер центрального

вузла (сервера), виконуючи функції управління файлами даних та

апаратними ресурсами, відповідає за захист даних, організацію та

координацію взаємодії комп’ютерів мережі. Така топологія ЛОМ часто

використовується у термінальних обчислювальних мережах, у яких

оброблення та зберігання інформації відбувається здебільшого у

сервері, що працює в режимі розподіленого часу.

Переваги

зіркоподібної топології ЛОМ:

— висока пропускна здатність;

— оперативний розподіл інформації фізичними каналами її пере-

давання до комп’ютерів;

— порівняно висока надійність, оскільки під час виходу з ладу

бодай одного каналу зв’язку або комп’ютера вони просто вимика-

ються з мережі;

— простота приєднання нових вузлів.

Недоліки зіркоподібної топології ЛОМ полягають

у тому, що вихід

із ладу центрального вузла паралізує всю мережу (тому він, здебільшо-

го, дублюється) і до центрального вузла можна приєднати обмежену

кількість вузлів, а використання для цієї мети багатоканальних

комп’ютерів знижує економічність мережі.

Кільцева топологія ЛОМ передбачає послідовне з’єднання

комп’ютерів з каналами передавання даних, унаслідок чого утворю-

ється замкнене кільце. Кожен

комп’ютер виконує функції ретранслятора

повідомлень із невеликим часовим затримуванням у вузлах. Для

спрощення фізичного каналу повідомлення у такій мережі передаються

здебільшого в одному напрямку.

Переваги кільцевої топології ЛОМ полягають у тому, що можна

використовувати різні фізичні канали зв’язку; порівняно мала витрата

кабелю на систему комунікацій, а недоліки полягають у тому, що

погана

можливість нарощування мережі, низькі надійність та пропускна

здатність, додаткові витрати на ретрансляцію в кожному комп’ютері.

Магістральна (шинна) топологія ЛОМ реалізується у вигляді

пасивного моноканалу (магістралі) і є найпоширенішою, бо відзнача-

ється багатьма перевагами перед попередніми топологіями. Засто-

совується вона тоді, коли інформація передається порівняно рідко. Дані

на місці відправлення комплектуються в

пакет, отримують адресу, після

чого магістраль перевіряється на зайнятість. Якщо магістраль вільна,

то пакет даних передається адресату, а для решти відправників

магістраль буде зайнятою. Як магістраль, використовують коаксіальний

або телефонний кабель. Довжина її здебільшого становить 300—1500 м,

хоча може бути й більшою.

Перевагами цієї топології ЛОМ є висока надійність і зручне

збільшування,

а недоліками — порівняно висока вартість практичної

реалізації.

Сервери під’єднують до глобальних мереж найчастіше через

постачальників послуг доступу до мережі — провайдерів.

Під час створення комп’ютерних мереж виникає проблема

узгодження взаємодії серверів, робочих станцій, ліній зв’язку та інших

пристроїв. Вона вирішується через встановлення певних правил, які

називають протоколами. Частина протоколів

реалізується апаратно,

а частина — програмно. Щоб стандартизувати протоколи, було

створено Міжнародну організацію стандартизації — ISO. Згідно зі

стандартом ISO-7498, функціонування ЛОМ забезпечується

семирівневою моделлю (див. табл. 1.2).

Перший рівень, фізичний, визначає деякі фізичні характеристики

каналу, зокрема, вимоги до каналу передачі та електромеханічних

з’єднань, які об’єднують комп’ютери в єдину обчислювальну мережу.

За типом характеристик мережі поділяють на аналогові, наприклад,

звичайна телефонна мережа, і

цифрові, для яких розроблено стандарт

ISDN, який поширений за рубежем.

Другий рівень, канальний, керує передаванням даних між двома

вузлами мережі. Він реалізується апаратними та програмними засобами

і забезпечує контроль коректності передавання інформації, поєднаної у

блоки (пакети). Кожен блок наділений контрольною сумою, причому в

останніх розробленнях для забезпечення цього рівня такий контроль

перенесений в апаратне

середовище. Модем, який працює за одним із

протоколів корегування помилок, якщо виявив помилку, робить запит на

повторне передавання інформації. Для підвищення швидкості обміну

виконується стискання даних за принципом архівування.

Третій рівень, мережний, забезпечує керування потоками да-

них і вибір маршрутів повідомлень. Він поширюється на узгодження

про блокування даних та адресування. Для збільшення

завантаження

каналів одним каналом може передаватися інформація із декількох

модемів.

Таблиця 1.2. Рівні функціонування ЛОМ

Четвертий рівень, транспортний, відповідає за обмін даними

між програмами, що функціонують на різних комп’ютерах мережі, і

забезпечує розмежування засобів формування даних та засобів їхнього

передавання. Він до певної міри є найвідповідальнішим у мережі,

оскільки пов’язує три нижніх рівні (зазвичай машино-залежні) з верхніми

рівнями, які повністю реалізуються програмними засобами.

П’ятий

рівень, сеансовий, визначає правила перевірки прав дос-

тупу до ресурсів мережі, проведення діалогу між користувачами,

прикладними програмами.

Шостий рівень, представницький, визначає формати даних, алфа-

віти, коди подання спеціальних і графічних символів (ASCII, EBCDIC,

ASN.1, X.409).

Сьомий рівень, прикладний, визначає рівень послуг, зокрема, він

забезпечує виконання таких функцій:

— загальних базових (електронна пошта, оброблення та редагу

вання текстів, передавання файлів і доступ до них, уведення й оброб-

лення інформації);

— спеціальних проблемно-орієнтованих (інформаційний пошук

даних, управління базами даних, робота з електронними таблицями);

— загальних службових (приєднання користувача до прикладної

програми, перевіряння санкціонованості доступу, надання можливості

роботи з довідниковими даними).

До ЛОМ будь-якої топології, складності чи функціональної спрямо

ваності ставлять такі вимоги:

— ЛОМ не може мати у своєму складі пристроїв, несправність

яких виводить з ладу або значно погіршує характеристики всієї мережі;

— схема внутрішніх з’єднань і зв’язків має бути пасивною щодо

створення суттєвого впливу під час їхнього розриву на працездатність

загальної ЛОМ;

— програмні засоби мережометрії мають бути “

прозорими” (ви-

димими та доступними) для комп’ютерних операційних систем, щоб

можна було їх використовувати в мережі без модифікацій;

— апаратно-програмні модулі ЛОМ мають бути автономними

та незалежними, щоб забезпечити можливість їхньої заміни, не припи-

няючи функціонування мережі;

— ЛОМ має допускати можливість її розширення для різнотипних

вузлів, які містять комп’ютери, периферійне обладнання, концентратори

та шлюзи;

— системи передавання даних ЛОМ не мають вносити помилок

у функціонуючі програми і дані, які необхідно передати.

1.2.5. Технологія “клієнт–сервер”

Створення архітектури “клієнт–сервер” знаменувало новий етап

розвитку мережних інформаційних технологій. Це стало можливим

завдяки збільшенню обсягів внутрішньої та зовнішньої пам’ятей,

підвищенню швидкодії ЕОМ, збільшенню швидкості передачі даних.

Концепція “клієнт–сервер” пов’язана з комп’ютерами спільного

користування (серверами), які керують спільними ресурсами, що

надають доступ до цих ресурсів як сервісу своїм

клієнтам.

Комп’ютерні обчислювальні мережі, побудовані на основі концепції

“клієнт–сервер”, дають змогу: реалізувати кооперативне управління

ресурсами обчислювальної мережі; виробити розподіл доступу до

даних і процесів їх оброблення між безліччю робочих станцій та

сервером; організувати ПЗ на основі концепції відкритих систем.

Сервер — одно- або багатопроцесорна персональна чи вірту-

альна ЕОМ з розподілюваною

пам’яттю, розподілюваним обробленням

даних, розподілюваними комунікаційними засобами та засобами

управління периферійним обладнанням. Як сервер, застосовують

потужні комп’ютери, які мають великий дисковий простір і швидкодійні

процесори.

Основна роль серверу полягає в управлінні клієнтами, які спільно

користуються ресурсами системи у заданий момент часу: принтерами,

базами даних, зовнішньою пам’яттю, програмами тощо. За викону

ваними функціями розрізняють файл-сервер, обчислювальний сервер,

комунікаційний сервер тощо.

Залежно від конфігурації технічних і програмних засобів, вико-

ристовують різні концепції мережного оброблення даних (“файл–

сервер”, “клієнт–сервер”).

Концепція “файл–сервер” передбачає наявність комп’ютера,

виділеного під файловий сервер, у якому знаходяться ядро мережної

ОС і файли, що централізовано зберігаються. Для цієї архітектури

характерний колективний доступ до спільної бази даних на файловому

сервері. Від конкретного користувача на сервер надходить запит,

оброблення якого зумовлює передачу по мережі до користувача всієї

інформації запитуваного файла. Вибір записів, що задовольняють умови

запиту, буде здійснено засобами СУБД на комп’ютері користувача.

Це

призводить до того, що в момент передачі по мережі інформації

файла доступ до нього від інших користувачів блокується.

Одночасний доступ багатьох користувачів до інтегрованої бази

даних реалізуються в концепції “клієнт–сервер”, згідно з якою серверу

належить активніша роль. Запит на оброблення даних посилається

клієнтом по мережі на сервер, де розміщено потрібну базу

даних. На

сервері здійснюються пошук даних та їх оброблення засобами СУБД.

Оброблені дані передаються по мережі від серверу до клієнта. Специ-

фікою архітектури “клієнт–сервер” є використання мови структурованих

запитів SQL (Structured Queries Language) до бази даних, що забезпечує

роботу зі спільними даними з різнотипних додатків у мережі.

Мережний сервер підтримує реалізацію функцій мережної ОС,

термінальний –

функцій з багатьма користувачами системи. Кожний

сервер, де розміщено базу даних, може працювати з певним комп’ю-

тером і мережною ОС.

Клієнт – робоча станція, що взаємодіє з користувачем, здатна

виконувати потрібні обчислення і забезпечує приєднання до обчис-

лювальних ресурсів та БД засобів їх оброблення, а також засобів

організації інтерфейсів. Як комп’ютер

клієнта, може бути використано

будь-який комп’ютер.

Концепція “клієнт–сервер” означає, що кожна технологічна

процедура потребує наявності трьох елементів: клієнта, який запро-

шує інформацію; серверу, що цю інформацію надає; комп’ютерної

мережі. Сервер можна розглядати: як елемент апаратури, який

забезпечує спільно використовуваний сервіс у мережному середовищі;

як програмний компонент, що надає спільний

функціональний сервіс

іншим програмним компонентам; як поєднання комп’ютера і програми.

Клієнта можна розглядати: як комп’ютер; як програму, що формує і

спрямовує запит до серверу. Він відповідає за оброблення, виведення

інформації та передачу запитів серверу. Програма-сервер приймає