4.3. 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: зашита 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

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 кабемных сетевых технологий

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 идео­логам 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:

• по компьютерам;

• 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 мощной, 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 конфигурация тонкого Ethernet

Как в любой другой физической системе, в локальной сети возможны неисправности. Причины их возникновения Moiyr 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 тоща, когда сеть установлена в одной комнате, а машин в ней меньше десяти:

ведь сетевой кабель обычно стараются упрягать 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 PC вполне доста­точно, чтобы полиостью 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. Иноща 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 AT&T) 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.