Лекция №1

Вид материала

Лекция

Содержание Сеть (network) Сеть на основе сервера (server-based network) Одноранговая сеть (peer-to-peer network) Клиент (client) Глобальная Вычислительная Сеть (ГВС) ~ Wide Area Network (WAN) Понятие об корпоративных информационных системах. Корпоративная сеть (КС/IntraNet) Глобальная сеть (ГС/WAN) – Корпоративные Информационные Системы (КИС) Структура КИС. Узел связи (УС) Терминальная /Локальная/ сеть – Абонентский пункт Назначение КИС. Время доставки сообщений Стоимость обработки данных Требования к организации КИС. Прикладной процесс Многоуровневая организация сети.

Подобный материал:

• «Социальная стратификация и социальная мобильность», 46.19kb.
• Первая лекция. Введение 6 Вторая лекция, 30.95kb.
• Лекция Сионизм в оценке Торы Лекция Государство Израиль испытание на прочность, 2876.59kb.
• Текст лекций н. О. Воскресенская Оглавление Лекция 1: Введение в дисциплину. Предмет, 1185.25kb.
• Собрание 8-511 13. 20 Лекция 2ч режимы работы эл оборудования Пушков ап 8-511 (ррэо), 73.36kb.
• Концепция тренажера уровня установки. Требования к тренажеру (лекция 3, стр. 2-5), 34.9kb.
• Лекция по физической культуре (15. 02.; 22. 02; 01. 03), Лекция по современным технологиям, 31.38kb.
• Тема Лекция, 34.13kb.
• Лекция посвящена определению термина «транскриптом», 219.05kb.
• А. И. Мицкевич Догматика Оглавление Введение Лекция, 2083.65kb.

Лекция № 1.


Понятие о сетях. Корпоративные информационные системы. Структура и назначение КИС. Характеристика. Требования к организации КИС. Процессы. Многоуровневая организация КИС.


Понятие о сетях. Что такое сеть.


Как известно, первые Персональные Компьютеры (ПК) предназначались для решения математических задач. Однако вскоре стало очевидно, что главной сферой их применения должна стать обработка информации, при которой персональные компьютеры уже не могут работать в автономном режиме, а должны взаимодействовать с другими ПК, с источниками и потребителями информации. Результатом этого явились информационно-вычислительные сети (ИВС), которые к настоящему времени получили широкое распространение в мире.

Сеть (network) - два (или более) компьютера и подключенные к ним устройства, соединенные средствами связи.

Сервер (server) - это:

• Компонент сетевой ОС, предоставляющий клиентам доступ к сетевым ресурсам. Для каждого вида ресурсов в сети может быть создан один или несколько серверов. Чаще всего применяются серверы файлов, печати, баз данных, удаленного доступа и т. д.
  
• Компьютер, выполняющий программу сервера и предоставляющий свои ресурсы в совместное использование в сети.
  

Сеть на основе сервера (server-based network) - сеть, в которой функции компьютеров дифференцированы на функции серверов и клиентов. Стала стандартом для сетей, обслуживающих более 10 пользователей.

Одноранговая сеть (peer-to-peer network) - сеть, в которой нет выделенных серверов и иерархии компьютеров. Все компьютеры считаются равноправными. Обычно каждый компьютер выступает в роли и сервера, и клиента.

Клиент (client) - любой компьютер или программа, подключающаяся к службам другого компьютера или программы. Например, Windows 2000 Professional является клиентом Active Directory. Этот термин также иногда относится к ПО, позволяющему компьютеру или программе создать подключение. Например, для подключения компьютера с Windows 95 к Active Directory на компьютере с Windows 2000 необходимо установить на первом компьютере клиент Active Directory для Windows 95.

Сеть состоит из:

• аппаратных средств (серверы, рабочие станции, кабели, принтеры и др.)
  
• программного обеспечения (операционные системы (ОС) и приложения).
  

Локальная Вычислительная Сеть (ЛВС) ~ Local Area Network (LAN) — компьютеры, соединенные средствами передачи данных в сеть для совместного использования на ограниченной территории (например, в одной комнате, одном здании, группе близлежащих зданий).

Рассмотрим работу сети с общей точки зрения. Вероятно, потребуется установить электронное оборудование, которое позволит пользователям ПК подключаться к сети. В простых (одноранговых) сетях (рис 0.1) доставка сообщений между двумя устройствами осуществляется довольно просто.

.

Каждому устройству присваивается адрес (числовое имя). Когда устройству А требуется послать сообщение устройству В, первое просто вводит в сообщение в адрес второго и помещает сообщение в сеть. Устройство В осуществляет поиск в сети всех сообщении, которые соответствуют его адресу. Если устройство В обнаруживает сообщение, содержащее его адрес, оно выбирает это сообщение. Остальные устройства, например, устройство Б, просто проигнорируют сообщения, которые им не адресованы.


Однако работа больших сетей намного сложнее. Задачи, которые необходимо решить для доставки сообщений через сложные сети:

• Каждое устройство должно обладать идентификатором своего места в сети, т.е. уникальным адресом, называемом адресом устройства,
  
• Каждый промежуточный и конечный пункт назначения должен обладать собственным идентификатором, должен существовать механизм локальной доставки сообщений, который позволяет устройствам помещать сообщения в среду передачи данных и выбирать сообщения, которые им адресуются,
  
• Процедуры маршрутизации сообщений должны быть между исходным и конечным пунктами назначения, т.е. должен существовать механизм доставки сообщений, который распространяется по всей объединённой сети,
  
• Если промежуточный пункт отличается от исходного и/или конечного пункта назначения, в процедурах доставки сообщений всё должно быть согласовано таким образом, чтобы не возникло путаницы, т.е. должен существовать способ определения надёжных путей маршрутизации сообщений,
  
• Когда возникают проблемы доставки сообщений, должны использоваться механизмы обнаружения и исправления ошибок.
  

Глобальная Вычислительная Сеть (ГВС) ~ Wide Area Network (WAN) — компьютерная сеть, использующая средства связи дальнего действия. Состоит из компьютеров, разделенных большими расстояниями. На рис. 0.2 приведена сильно упрощённая глобальная сеть. Приведённая на рисунке сеть состоит из нескольких соединённых друг с другом сетей. Это «сеть сетей», которая обычно называется объединённой сетью или интерсетью или просто internet.

Компоненты сети.


Все сети, даже наиболее сложные, содержат три строительных компонента:

• Устройства, обеспечивающие сетевое обслуживание,
  
• Устройства, использующие службы сети,
  
• Среду, позволяющую связывать устройства.
  

Понятие об корпоративных информационных системах.


Информационно-Вычислительная Сеть (ИВС) – это территориально распределённая система коллективного использования средств связи и вычислительных ресурсов, обеспечивающая повышение эффективности функционирования линий передачи информации и вычислительных средств при решении сложных задач обработки информации.

В структуре ИВС принято выделять два основных направления:

• Средства сбора, хранения и обработки информации, которые базируются на компьютерах с их запоминающими устройствами и аппаратурой ввода-вывода информации;
  
• Средства передачи информации, предназначенные для обеспечения взаимосвязи между компьютерами, а также дистанционного доступа к компьютерам удалённых абонентских пунктов.
  

Средства передачи информации в ИВС представляют собой самостоятельную сеть специализированных вычислительных машин, функцией которых является транспортировка информации между абонентскими пунктами и вычислительными машинами, осуществляющими обработку информации и предоставляющими пользователям разнообразные услуги по организации вычислительных работ на ПК, доступу к информационно- поисковым системам (базам данных), сбору, обработке и накоплению информации.

Специфика и эффективность работы ИВС в значительной степени определяются особенностями (протоколами) организации информационного обмена в сети, к которой подключены ПК и абонентские пункты пользователей.

Корпоративная сеть (КС/IntraNet) - термин, описывающий способ использования в соответствии с технологией Web серверов и броузеров для создания частного пространства Internet.

Глобальная сеть (ГС/WAN) – сеть, разработанная для обслуживания больших географических районов. Корпоративные глобальные сети (КГС) с помощью различных телекоммуникационных технологий объединяют разбросанные по всему миру офисы.

Корпоративные Информационные Системы (КИС) – корпоративные глобальные сети, созданные предприятием или группой предприятий, объединённых общей производственной целью для совместных действий, т.е. самодельные информационно-вычислительные сети на основе протокола TCP/IP, выполняющие те же функции, которые возложены на ГС, но распространяющие и поддерживающие информацию только в пределах одной организационной структуры предприятий.

В КИС используется программное обеспечение World Wide Web (WWW) для:

• распространения внутренней корпоративной информации,
  
• опубликования маркетинговой информации,
  
• хранения баз данных,
  
• обслуживания собственных производственных задач,
  
• объединения усилий пользователей для решения совместных производственных задач.
  

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – протокол управления передачей/межсетевой протокол. Два самых известных протокола Internet, которые часто ошибочно рассматриваются как один. Протокол ТСР соответствует транспортному уровню (четвёртый уровень модели OSI), и отвечает за надёжную передачу данных. Протокол IP соответствует сетевому уровню (третьему уровню модели OSI) и представляет сетевое обслуживание передачи данных без установления соединения.


Структура КИС.


Для создания крупномасштабных систем передачи, хранения и обработки информации (данных) ПК и вычислительные комплексы предприятий объединяются с помощью средств передачи данных в КИС, обеспечивающие пользователям различные услуги.

Организационно КИС можно разделить на две равнозначные части:

• Структуру корпораций и предприятий
  
• Структуру сети
  

Структура корпораций и предприятий в свою очередь состоит из:

• КИС для автоматизированного управления
  
• КИС для административного управления
  

Структура сети КИС включает три взаимосвязанные подсети (рис 1.1):

• Базовую сеть передачи данных (СПД),
  
• Компьютерную сеть (магистрали),
  
• Локальную/Терминальную сеть.
  

Рис 1.1


Базовая сеть передачи данных (СПД) – совокупность средств передачи данных между компьютерами – состоит из линий связи и узлов связи (УС).

Узел связи (УС) – совокупность средств коммутации и передачи данных в одном пункте – принимает данные, поступающие по каналам связи, и передаёт данные в каналы, ведущие к абонентам. УС реализуется на основе коммутационной вычислительной машины (КВМ), транспортных серверов и аппаратуры передачи данных. КВМ и ТС управляют приёмом и передачей данных и выбирают целесообразный путь передачи данных.

Базовая СПД – ядро вычислительной сети. Она обеспечивает физическое объединение ПК и прочих устройств в сеть, которая включает в себя главные, персональные и терминальные вычислительные машины. Главные вычислительные машины (ГВМ) или Сервера выполняют задания абонентов сети (пользователей) по обработке и хранению информации. Терминальные вычислительные машины (ТВМ) или Терминальные сервера предназначены для сопряжения терминалов и модемов с базовой СПД. Основная функция сопряжения сводится к преобразованию данных в форму, обеспечивающую их передачу средствами базовой сети и вывод данных на терминалы. В качестве синонима иногда используется выражение «сервер удалённого доступа» (access server).

Терминальная /Локальная/ сеть – совокупность терминалов и локальной сети передачи данных. Терминалы /Персональные Компьютеры (ПК)/ - устройства ввода-вывода и отображения данных, а также решения математических и иных прикладных задач. В терминальной/локальной сети могут использоваться интеллектуальные терминалы и абонентские пункты.

В состав интеллектуального терминала (ПК) входит процессор, обеспечивающий локальную обработку данных – редактирование текстов, отображение данных в специальной форме, хранение данных и манипуляции с ними и т.д.

Абонентский пункт состоит из взаимосвязанных устройств ввода-вывода, обеспечивающих ввод данных от нескольких источников и вывод данных в различной форме: на экраны мониторов/дисплеев, устройства печати (принтеры), устройства вывода графической информации (плоттеры), устройства хранения информации (дискеты, CD-диски и т.п.). Для подключения терминалов к ВМ используются линии связи и обслуживающие их удалённые мультиплексоры передачи данных (УМПД), в совокупности образующие локальную/терминальную сеть передачи данных.

Мультиплексор – устройство, используемое для комбинирования данных, полученных от многих устройств с низкой и средней скоростью передачи, в передаваемый с более высокой скоростью поток. Для достижения этого результата используются различные методики мультиплексирования, включая разделение времени, разделение частоты, статистическое разделение времени, разделение длин волн. Мультиплексор иногда называют концентратором.

Контроль состояния КИС и управление её функционированием обеспечиваются административной системой, включающей в себя ПК, сетевое (терминальное) оборудование и программные средства, с помощью которых производится включение и выключение сети и её компонентов, контролируется её работоспособность, устанавливается режим функционирования компонентов, систем сети в целом, учитывается объём услуг, предоставляемым абонентам сетью, и т.д.

Отдельные КИС могут быть связаны между собой с помощью линий связи, подключаемым к узлам межсетевой связи. В узле межсетевой связи используется вычислительная машина, обеспечивающая согласование и преобразование данных при передаче их от одной сети к другой.


Назначение КИС.


Основной эффект КИС – полная доступность ресурсов сети для внутренних пользователей. Пользователи, подключенные к сети, имеют доступ ко всем главным компьютерам, входящим в сеть, следовательно, получают возможность использовать память этих компьютеров для хранения данных и процессоры для их обработки. Пользователям доступны программное обеспечение, имеющееся в сети, и базы данных в компьютерах, что позволяет им оперативно их использовать. Сети предоставляют возможность параллельно обрабатывать данные сразу несколькими ПК. Возможно построение распределённых баз данных, а за счёт этого – создание сложных информационных структур. Информационные связи между пользователями позволяют группам пользователей решать задачи моделирования сложных систем, выполнять проектные и другие работы, опирающиеся на распределённые между многими компьютерами программное обеспечение и базы данных.

Таким образом, сетевая обработка и хранение данных – качественно новая организация обработки, при которой в значительной мере увеличиваются сложность и скорость решения задач, требующих участия большого числа пользователей.

КИС позволяет повысить уровень загрузки ПК, программного обеспечения и баз данных. Это обусловлено тем, что:

• КИС обслуживает большое количество пользователей, поэтому нагрузка, создаваемая всеми пользователями, в меньшей степени подвержена колебаниям, чем нагрузка, создаваемая отдельным пользователем или группой.
  
• Стабилизируется загрузка сети, когда сеть охватывает территорию, расположенную в нескольких часовых поясах. Эффект стабилизации существен для эксплуатации специализированных и проблемно-ориентированных ПК, аналого-цифровых вычислительных комплексов, информационно-справочных систем.
  

Характеристика.


Основными характеристиками КИС являются:

1. Операционные возможности,
   
2. Время доставки сообщений,
   
3. Производительность сети,
   
4. Стоимость обработки данных.
   

Операционные возможности сети – перечень основных действий по обработке и хранению данных.

Главные компьютеры (сервера), входящие в состав сети, предоставляют пользователям следующие виды услуг:

• Передача файлов (наборов данных) между ПК сети;
  
• Доступ к пакетам прикладных программ, базам данных и удалённым файлам – обработку файлов, хранимых в удалённых ПК;
  
• Передача текстовых, аудио и видео сообщений между ПК (пользователями);
  
• Распределённые базы данных
  
• Удалённый ввод заданий – выполнение заданий, поступающих с любых ПК, на любой главной ЭВМ в пакетном или диалоговом режиме;
  
• Защита данных и ресурсов от несанкционированного доступа;
  
• Выдача справок об информационных и программных ресурсах;
  
• Автоматизация программирования и распределённая обработка – параллельное выполнение задачи несколькими ПК.
  

Время доставки сообщений – статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом.

Производительность сети – суммарная производительность главных компьютеров (серверов). При этом обычно производительность главных компьютеров (серверов) означает номинальную производительность их процессоров.

Стоимость обработки данных – формируется с учётом средств, используемых для ввода-вывода, передачи, хранения и обработки данных. На основе цен рассчитывается стоимость обработки данных, которая зависит от объёма используемых ресурсов вычислительной сети (количество передаваемых данных, процессорное время), а также от режима передачи и обработки данных.

Характеристики зависят от структурной и функциональной организации сети, основные из которых:

• Топология (структура) КИС (состав ПК, структура базовой СПД и терминальной сети),
  
• Метод передачи данных в базовой сети,
  
• Способы установления соединений между взаимодействующими пользователями,
  
• Выбор маршрутов передачи данных.
  
• Нагрузки, создаваемой пользователями.
  

Топология - физическая структура и организация сети. Наиболее распространёнными топологиями являются:

• магистраль,
  
• дерево,
  
• кольцо
  
• звезда.
  

Нагрузка определяется числом активных пользователей и интенсивностью взаимодействия пользователей с сетью. Последний параметр характеризуется количеством данных, вводимых - выводимых ПК за единицу времени, и потребностью в ресурсах главных машин для обработки этих данных.


Требования к организации КИС.


Организация КИС должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Открытость – это возможность включения дополнительно главных компьютеров (серверов), терминалов, ПК, узлов и линий связи без изменения технических и программных средств действующих компонентов,
   
2. Гибкость – возможность работы любых главных компьютеров (серверов) с терминалами или ПК различных типов, допустимость изменения типа ПК и линий связи,
   
3. Надёжность – сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя ПК, узлов и линий связи,
   
4. Эффективность – обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах,
   
5. Безопасность – программные или аппаратно-программные средства защиты тем или иным способом информации, которая обрабатывается и передаётся в сети
   

Указанные требования реализуются за счёт модульного принципа организации управления процессами в сети по многоуровневой схеме, в основе которой лежат понятия процесса, уровня управления, интерфейса и протокола.


Процессы.


Функционирование КИС представляется в терминах процессов.

Процесс – это динамический объект, реализующий собой целенаправленный акт обработки данных. Процессы подразделяются на два класса:

• Прикладные
  
• Системные
  

Прикладной процесс - выполнение прикладной или обрабатывающей программы операционной системы ПК, а также функционирование ПК, т.е. пользователя, работающего на ПК.

Системный процесс – выполнение программы (алгоритма), реализующей вспомогательную функцию, связанную с обеспечением прикладных процессов. Например, активизация ПК или терминала для прикладного процесса, организация связи между процессами. Модель процесса представлена на рис 1.2



Процесс порождается программой или пользователем и связан с данными, поступающими извне в качестве исходных и формируемыми процессом для внешнего пользования. Ввод данных, необходимых процессу, и вывод данных производятся в форме сообщений – последовательности данных, имеющих законченное смысловое значение. Ввод сообщений в процесс и вывод сообщений из процесса производится через логические (программно организованные) точки, называемые портами. Порты подразделяются на входные и выходные.

Таким образом, процесс как объект представляется совокупностью портов, через которые он взаимодействует с другими процессами сети.

Взаимодействие процессов сводится к обмену сообщениями, которые передаются по каналам, создаваемым средствами сети (рис 1.3) .

Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называется сеансом (сессией). В КИС единственная форма взаимодействия процессов – обмен сообщениями. В ПК и вычислительных комплексах взаимодействия процессов обеспечивается за счёт доступа к общим для них данным, общей памяти и обмена сигналами прерывания.

Это различие связано с территориальной распределённостью процессов в КИС, а также с тем, что для физического сопряжения компонентов сети используются каналы связи, которые обеспечивают передачу сообщений, но не отдельных сигналов.


Многоуровневая организация сети.


Передающая среда сети может иметь любую физическую природу и представлять собой совокупность проводных оптико-волоконных, радиорелейных, тропосферных, спутниковых линий (каналов) связи. В каждой из систем сети существует некоторая совокупность процессов. Процессы, распределённые по разным системам, взаимодействуют через передающую среду путём обмена сообщениями.

Для обеспечения открытости, надёжности, гибкости, эффективности и безопасности сети управление процессами организуется по многоуровневой схеме (рис 1.4). Открытая системная интеграция (далее называемая OSI – Open System Integration) описывает модель, представляющую общие понятия для определения сетевых компонентов. Модель OSI обычно применяется при планировании полного набора сетевых протоколов.

В табл. 1.1 представлен подход, применяемый при использовании модели OSI. Процесс создания сетевых коммуникаций разделён на семь этапов.

Таблица 1.1

Application (Приложения)

Presentation (Представления)

Session (Сеанс)

Transport (Транспорт)

Network (Сеть)

Data Link (Связь данных)

Physical (Физический)

В каждой из систем прямоугольниками обозначены программные и аппаратные модули, реализующие определённые функции обработки и передачи данных.

Модули распределены по уровням 1…7. Уровень 1 является нижним, уровень 7 - верхним. Модуль уровня N физически взаимодействует только с модулями соседних уровней N+1 и N-1. Модуль уровня 1 взаимодействует с передающей средой, которая может рассматриваться как объект уровня 0 (ноль). Прикладные процессы принято относить к верхнему уровню иерархии, в данном случае к уровню 7. Физически связь между процессами обеспечивается передающей средой. Взаимодействие прикладных процессов с передающей средой организуется с использованием шести промежуточных уровней управления 1…6, которые рассмотрим, начиная с нижнего.

Уровень 1 – физический - реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи и формированию сигналов, представляющих передаваемые данные. Из-за наличия помех в передаваемые данные вносятся искажения и снижается достоверность передачи: вероятность ошибки 10^-4...10 ^-6.

Уровень 2 – канальный/связи данных– обеспечивает надёжную передачу данных через физический канал, организуемый на уровне 1. Вероятность искажения данных 10^-8...10 ^-9. При обнаружении ошибки производится перезапрос данных.

Уровень 3 – сетевой – обеспечивает передачу данных через базовую сеть передачи данных (СПД). Управление сетью на этом уровне состоит в выборе маршрута передачи данных по линиям, связывающим узлы сети.

Уровни 1…3 организуют базовую СПД между пользователями сети.

Уровень 4 – транспортный – реализует процедуры сопряжения пользователей сети (главных и персональных компьютеров) с базовой СПД. На этом уровне возможно сопряжение различных систем с сетью, и тем самым организуется транспортная служба для обмена данными между сетью и системами сети.

Уровень 5 – сеансовый – организует сеансы связи на период взаимодействия процессов. На этом уровне по запросам процессов создаются порты для приёма и передачи сообщений и организуются соединения – логические каналы.

Уровень 6 – представления – осуществляет трансляцию различных языков, форматов данных и кодов для взаимодействия разнотипных ПК, оснащённых специфичными ОС и работающих в различных кодах между собой и ПК и терминалами разных типов. Взаимодействие процессов организуется на основе стандартных форм представления заданий и наборов данных. Процедуры уровня представления интерпретируют стандартные сообщения применительно к конкретным системам – ПК и терминалам. Этим создаётся возможность взаимодействия одной программы с ПК разных типов.

Уровень 7 – прикладной (приложений) – создан только для выполнения определённой функции обработки данных без учёта структуры сети, типа каналов связи, способов выбора маршрутов и т.д. Этим обеспечивается открытость и гибкость системы.

Число уровней и распределение функций между ними существенно влияют на сложность программного обеспечения ПК, входящих в сеть, и на эффективность сети. Рассмотренная семиуровневая модель (эталонная модель взаимодействия открытых систем – ЭМВОС), именуемая архитектурой открытых систем, принята в качестве стандарта Международной организацией по стандартизации (МОС) и используется как основа при разработке КИС и ИВС в целом.

Для помощи в освоении предмета приведём слова-ловушки, первые символы которых совпадают с именами уровней в таком же порядке:

All (Все)

People (Люди)

Seem (Кажется)

To (В)

Need (Нуждается)

Data (Данные)

Processing (Обработка) (Все люди, кажется, нуждаются в обработке данных.)

Эту ключевую фразу легко запомнить, и она поможет администратору локальной сети чувствовать свою ответственность.


Литература

Мельников Д.А. «Информационные процессы в компьютерных сетях. Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели…» - М: КУДИЦ-ОБРАЗ, 1999, Предисловие. Введение, Глава 1, Стр. 3-12;

Мельников Д.А. «Информационные процессы в компьютерных сетях. Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели…» - М: КУДИЦ-ОБРАЗ, 1999, Глава 7, Стр. 72-75

Спортак М и др. «Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя», Пер. с англ., - К: Издательство «ДиаСофт», 1998, Глава 29, Стр. 388-406

Хейвуд Дрю «Внутренний мир Windows NT Server 4» Пер. с англ., - К.: Издательство «Диа-Софт», 1997, Глава 9, Стр. 240-242; Приложение А, Стр. 488-489