Сетевой режим автоматизированной обработки информации

Сеть – это совокупность программных, технических и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислительных ресурсов.

Являясь одновременно и продуктом, и мощным стимулом развития интеллекта человека, сеть позволяет:

· построить распределенные хранилища информации (базы данных);

· расширить перечень решаемых задач по обработке информации;

· повысить надежность информационной системы за счет дублирования работы ПК;

· создать новые виды сервисного обслуживания, например электронную почту;

· снизить стоимость обработки информации.

Пример локальной вычислительной сети (ЛВС) дан на рис 4.3.

К сетям, как и к отдельным ПК, приложимо понятие «архитектура», под которой понимается конструирование сложных объединений ПК, предоставляющих пользователям широкий набор различных информационных ресурсов. Архитектура сетей имеет набор характеристик.

Открытость. Заключается в обеспечении возможности подключения в контур сети любых типов современных ПК.

Ресурсы. Значимость и ценность сети должны определяться набором хранимых в ней знаний, данных и способностью технических средств оперативно их представлять либо обрабатывать.

Надежность. Трактуется как обеспечение высокого показателя «наработки на отказ» за счет оперативных сообщений об аварийном режиме, тестирования, программно-логического контроля и дублирования техники.

Динамичность. Заключается в минимизации времени отклика сети на запрос пользователя.

Интерфейс. Предполагается, что сеть обеспечивает широкий набор сервисных функций по обслуживанию пользователя и предоставлению ему запрашиваемых информационных ресурсов.

Автономность. Понимается как возможность независимой работы сетей различных уровней.

Коммуникации. К ним предъявляются особые требования, связанные с обеспечением четкого взаимодействия ПК по любой принятой пользователем конфигурации сети. Сеть обеспечивает защиту данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности при аварийных сбоях, высокую достоверность передаваемой информации и вычислительных процедур.

Важнейшей характеристикой сети является топология, определяемая структурой соединения ПК в сети. Различают два вида топологии – физическая и логическая. Под физической топологией понимается реальная схема соединения узлов сети каналами связи, а под логической – структура маршрутов потоков данных между узлами. Физическая и логическая топологии не всегда совпадают.

Существует несколько топологических структур сетей: шинная, звездообразная, древовидная, кольцевая и многосвязная.

Для описания взаимодействия компонентов в сети используются протоколы и интерфейсы.

Протокол в информационной сети – это документ, однозначно определяющий правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом абонентов. Например, чтобы сеансовые программы абонентов 1 и 2 (когда сеансовый уровень каждого из них представлен комплексом программ) понимали друг друга, они должны работать одинаковым образом, т.е. должны выполнять требования сеансового протокола – стандарта. Это требование определяет список команд, которыми могут обмениваться программы, порядок передачи команд, правила взаимной проверки, размеры передаваемых блоков данных и т.д.

Так же описывается протоколами взаимодействие и других одноименных групп программ: транспортных, канальных и т.д. Таким образом, сеть представляется протоколами семи уровней.

Наиболее важными функциями протоколов на всех уровнях сети являются: защита от ошибок, управление потоками данных в сети, защита ее от перегрузок; выполнение операций по маршрутизации сообщений и оптимизации использования ресурсов в сети, обеспечивающее большую степень доступности услуг сети путем образования нескольких маршрутов между двумя абонентами.

При подключении компонентов сети друг к другу должны быть однозначно определены правила их стыковки. Их принято называть интерфейсами. Интерфейс – свод правил по взаимодействию между функциональными компонентами, расположенными в смежных уровнях и входящими в одну и ту же систему.

При разработке протоколов и интерфейсов учитывается свойство открытости с целью их дальнейшего развития и обеспечения взаимодействия с другими средствами и абонентами. Эту работу проводит Международная организация по стандартизации в содружестве с организациями различных стран.

Многообразие сетевых технологий вызывает необходимость их классификации по каким-либо ключевым признакам. Примерная классификация сетевых технологий дана в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Классификация сетевых технологий

Признаки классификации
Специализация	Способ организации	Способ связи	Состав ПК	Охват территории
Универсальные	Одноранговые (одноуровневые)	Проводные	Однородные	Локальные
Специализированные	Двухуровневые	Беспроводные	Неоднородные	Территориальные (региональные)
Спутниковые	Федеральные
Глобальные

По признаку специализации сетевые технологии подразделяются на универсальные, предназначенные для решения всех задач пользователей, и специализированные – для решения небольшого количества специальных задач. Примером специализированной служит технология резервирования мест на авиационные рейсы.

Классическим примером универсальной технологии является Академсеть Российской Федерации, предназначенная для решения большого количества разнообразных информационных задач.

Выделяемые по способу организации двухуровневые технологии имеют кроме ПК, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые называются рабочими станциями, специальные компьютеры, называемые серверами (англ. to serve – обслуживать). Задачей сервера и является обслуживание рабочих станций с предоставлением им своих ресурсов, которые обычно существенно выше, чем ресурсы рабочей станции. Их взаимодействие можно представить следующим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких-либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать факс и др. Сервер выполняет требуемые действия и посылает «отчет о проделанной работе». В зависимости от вида работы, для которой предназначен сервер, он и называется по-разному:

· файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения-записи данных из файлов;

· принт-сервер, если он выполняет операции печати;

· SQL-сервер, если он выполняет сложные операции поиска и извлечения данных из баз данных (запросы к такому серверу формируются на специальном языке Structured Query Language – структурированном языке запросов).

В одноранговой технологии (одноуровневой, равноправной) функции рабочей станции и сервера совмещены – пользовательский ПК может быть одновременно и сервером, и рабочей станцией. Каждый ПК в состоянии предоставлять другому ПК свои ресурсы или, наоборот, запрашивать их у другого.

Разумеется, в системе «клиент-сервер» за счет специализации работ достигается более высокая производительность сети, шире ее спектр и качество услуг. Однако одноранговые сети дешевле и проще в эксплуатации.

По способу связи осуществляется классификация коммуникаций (каналов передачи данных), обеспечивающих движение информации между элементами сети (табл. 4.2). В проводных технологиях в качестве физической среды в каналах используются:

· плоский двухжильный кабель;

· витая пара проводов;

· коаксиальный кабель;

· световод.

Беспроводные сетевые технологии, использующие частотные каналы передачи данных (средой является эфир), представляют в настоящее время разумную альтернативу обычным проводным сетям и становятся все более привлекательными. Самое большое преимущество беспроводных технологий – это возможности, предоставляемые пользователям портативных компьютеров. Однако скорость передачи данных, достигаемая в беспроводных технологиях, не может пока сравниться с пропускной способностью кабеля, хотя она в последнее время и значительно выросла (табл. 4.2). Важно, что для перехода к беспроводной технологии не нужно менять уже имеющиеся сети. Аппаратное обеспечение беспроводных локальных сетей теперь может работать с NET-Ware и другими популярными сетевыми операционными системами, а беспроводные рабочие станции можно добавлять к обычной кабельной сети.

Таблица 4.2. Характеристика беспроводных и кабельных сетевых технологий

Технологии	Протокол	Способ передачи данных	Пропускная способность, Мбит/с*	Радиус надежной связи, м
Различные	Ethernet	Кабель		–
Различные	Token ring	Кабель	4 или 16	–
Altair Plys	Ethernet	СВЧ-излучение	3,3	До 40
ARLAN	Ethernet	СВЧ-излучение		До 40
FreePort	Ethernet	Инфракрасные лучи	5,7	До 25
InfraLAN	Token ring	Инфракрасные лучи		До 25
RangeLAN	Собственный	Широкополосные радиосигналы	0,23	До 250
WaveLAN	Собственный	Широкополосные радиосигналы		До 250

* По заявлениям фирмы-производителя.

В спутниковых технологиях физической средой передачи данных также является эфир. Использование спутников оправдано в случае значительного удаления абонентов друг от друга при чрезмерном ослаблении посылаемых электромагнитных сигналов с большими посторонними шумами. Чтобы сигналы, направленные отправителем, не смешивались с аналогичными к получателю, при работе со спутником прокладываются два частотных канала – один для отправителя, другой для получателя. Это мероприятие позволяет избежать ошибок при передаче информации.

Сравнительно просто классифицируются сетевые технологии по составу ПК. Однородные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возможно только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.

Другой подход состоит в разработке единой универсальной сетевой технологии независимо от типов применяемых в ней средств. Такие технологии называются неоднородными. Первым стандартом для таких сетей была базовая эталонная модель ВОС.

Наиболее обширно представлена классификация сетевых технологий по признаку «охват территории».

· Использование персональных компьютеров (ПК) в составе локальных вычислительных сетей (ЛВС) обеспечивает постоянное и оперативное взаимодействие между отдельными пользователями в пределах коммерческой либо научно-производственной структуры. Свое название ЛВС получила за то, что все ее компоненты (ПК, каналы коммуникаций, средства связи) физически размешаются на небольшой территории одной организации или ее отдельных подразделений.

· Территориальной (региональной) называют технологию (сеть), компьютеры которой находятся на большом удалении друг от друга, как правило, от десятков до сотен километров. Иногда территориальную сеть называют корпоративной или ведомственной. Такая сеть обеспечивает обмен данными между имеющими доступ к ресурсам сети абонентами по телефонным каналам сети общего назначения, каналам сети «Телекс», а также по спутниковым каналам связи. Количество абонентов сети не ограничено. Им гарантируется надежный обмен данными в режиме «реального времени», передача факсов и телефонных (телексных) сообщений в заданное время, телефонная связь по спутниковым каналам. Территориальные сети строятся по идеологии открытых систем. Их абонентами являются отдельные ПК, ЛВС, телексные установки, факсимильные и телефонные установки, сетевые элементы (узлы сети связи).

· Основная задача федеральной сети – создание магистральной сети передачи данных с коммутацией пакетов и предоставление услуг по передаче данных в реальном масштабе времени широкому кругу пользователей, к числу которых относятся и территориальные сети.

· Наконец, глобальные сети обеспечивают возможность общения по переписке и телеконференции. Основная задача глобальной сети – обеспечение абонентам не только доступа к компьютерным ресурсам, но и возможности взаимодействия между собой различных профессиональных групп, рассредоточенных на большой территории.

При выборе информационно-вычислительной сети пользователь в первую очередь решает вопрос о прикладной системе, т. е. о комплексе задач предметной области.

При выборе прикладной системы предполагается, что она будет функционировать в некоторой программной и технической среде. Поэтому прикладная система сразу накладывает ограничения на выбор общесистемного программного обеспечения и компьютеров, а также определяет требования к пропускной способности сети.

Таким образом, работа по выбору сети предполагает:

1. ознакомление с предметной областью;

2. выбор сетевой операционной системы;

3. предложения по аппаратным решениям:

o по компьютерам;

o по коммуникационному оборудованию.

Эту работу выполняет специализированная фирма – системный интегратор. При выборе сети фирма-интегратор несет ответственность за все принятые действия и предлагает фирме-заказчику только те решения, которые прошли апробацию на реальном оборудовании в постоянно действующей сетевой лаборатории.

Современные тенденции на компьютерном рынке таковы, что большинство пользователей предпочитают продукцию известных фирм мира и известных системных интеграторов.

Можно выделить три основных признака квалифицированного системного интегратора, способного создать сеть под ключ.

Во-первых, фирма должна специализироваться в области системной сетевой интеграции.

Во-вторых, фирма должна иметь долгосрочные соглашения с основными поставщиками рекомендуемого оборудования и программного обеспечения. Только в этом случае может быть уверенность в том, что в фирму поступает достоверная информация об этих продуктах.

В-третьих, фирма должна иметь достаточный опыт работы по проектированию, установке и сопровождению сетей.

Выбор стратегии сети – задача со многими неизвестными, решение которой требует учета нескольких противоречивых критериев. С одной стороны, сеть должна быть настолько мошной, чтобы обеспечить клиентам широкий спектр услуг, с другой – достаточно экономичной, чтобы расходы на ее создание и эксплуатацию не превысили доходов от ее внедрения. Фактически задача по конструированию сети – задача оптимизации, требующая творческого подхода и со стороны заказчика.

На рынке информационных систем свои услуги предлагают десятки фирм, а их предложения сильно различаются и по стоимости, и по спектру возможностей. Для того чтобы облегчить сопоставление предложений и выбрать наиболее удачное решение, необходимы серьезные аналитические проработки, осуществляемые совместно заказчиком и разработчиком на стадии технико-экономического обоснования и технического задания. Эти проработки должны затрагивать такие позиции, как цель создания сети, решаемые задачи, архитектура сети, стоимость сети, надежность сети, защита информации, программное обеспечение.

Характерные черты традиционного подхода к построению сети удобно рассмотреть на примере «тонкого» Ethernet. В России сети такого типа составляют 80–90%.

Основу традиционной сети Ethernet составляют несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные коаксиальным кабелем (рис. 4.3 а, б), который в этом случае является общей шиной, а все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно (параллельное включение). Кабель обычно прокладывается по всей комнате (этажу, зданию) так, чтобы была возможность при необходимости подключить дополнительные станции. Преимуществом такой схемы считалась ее помехозащищенность (конструкция коаксиального кабеля с этой точки зрения очень удачна) и достаточная полоса пропускания – 10 Мбит/с.

Недостатки, как показало время, оказались серьезными. Причина многих из них – физическая топология сети «общая шина». Параллельное включение всех станций на один носитель делает их чрезвычайно зависимыми друг от друга, а задачу различения их – практически неразрешимой. Если для небольших сетей из десятка машин это не создавало особых проблем, то для современных конфигураций из десятков и сотен станций ситуация изменилась.

Рис. 4.3. Две конфигурации тонкого Ethernet

Как в любой другой физической системе, в локальной сети возможны неисправности. Причины их возникновения могут быть самыми разнообразными – от механических повреждений и дефектов кабеля до неисправностей электронных средств и ошибок программного обеспечения. С ростом размеров и сложности сети вероятность сбоев возрастает, а задача их локализации и устранения приобретает особую актуальность.

Традиционная структура с общей шиной повышает вероятность возникновения неисправности, так как нарушение контакта в любом из соединений немедленно отражается на работе всей сети, а программный или аппаратный сбой на одной из станций способен блокировать всю сеть. Определить, где именно происходит сбой, крайне трудно: ведь сигнал на кабеле представляет из себя сумму сигналов от всех станций. Выделить и проверить сигнал от какой-то одной просто невозможно. Единственным способом поиска неисправности остается последовательная проверка всех соединений и очередное отключение станций до тех пор, пока не восстановится функционирование. Эта процедура сложная даже тогда, когда сеть установлена в одной комнате, а машин в ней меньше десяти: ведь сетевой кабель обычно стараются упрятать поглубже. В больших сетях длина кабеля может достигать сотен метров, а число машин – нескольких сотен.

При традиционном построении сети администратор оказывается практически бессильным, если кто-то из пользователей перегружает сеть. Ведь даже мощности современной РС вполне достаточно, чтобы полностью загрузить сеть с полосой пропускания 10 Мбит/с, сделав работу остальных пользователей практически невозможной. Можно найти нарушителя, но средств остановить его в момент возникновения перегрузки нет. Последствия этого могут быть весьма серьезными, особенно если сеть используется для обмена с сервером базы данных или для подключения интерактивных терминалов.

Другая очень серьезная проблема, с которой сталкивается администратор традиционной сети – сложность ее переконфигурации. До тех пор, пока изменения (перемещение станций и подключение новых) незначительны, удается обойтись добавлением новых сегментов кабеля, однако сколько-нибудь значительные перемещения требуют «перетряски» всей сети. Многое зависит от того, насколько тщательно была спланирована первоначальная разводка. Иногда удается избежать глобальных изменений в течение 2-3-х лет, однако более характерны серьезные изменения каждые 9–12 месяцев. Это дает основание относить затраты на построение и поддержку сети традиционной архитектуры к текущим расходам организации.

Помимо прямых затрат на переконфигурацию сети большими оказываются потери, связанные с простоями многих подразделений организации, для которых сеть – необходимое условие работы. Прокладка коаксиального кабеля – непростое дело и может потребовать нескольких недель. Для солидной организации, деятельность которой в большой степени связана с работоспособностью сети, ее переконфигурация – стихийное бедствие.

Топология с общей шиной страдает и принципиальным ограничением пропускной способности. Так как все станции сети используют общий носитель (кабель), то его полоса пропускания делится между ними. С подключением новых станций доля каждой пропорционально уменьшается. Так как станций может быть несколько десятков, то на долю каждой из них может приходиться лишь около 1% от полосы пропускания носителя. С повышением сложности сети актуальными становятся вопросы контроля доступа к ней и учета использования ее ресурсов. Общая шина и здесь накладывает ограничения: эффективный контроль и управление возможны только целыми сегментами сети.

Рассмотренные трудности вызваны не столько недостатками программных средств или аппаратуры, сколько самой физической топологией сети.

Альтернативой традиционной кабельной схеме является ее структурированность. Существует целая технология по разводке кабеля внутри зданий. Крупные телефонные компании (такие как АТ&Т) предлагают продукт, который так и называется – Структурированная кабельная сеть (СКС). Этот продукт помимо конструктивных элементов содержит инженерную проработку проекта, включая настройку архитектуры сети на особенности здания и организации, которая будет ее использовать, а также учитывает будущие потребности организации в АИТ.

*****************************************************