Основные сведения о компьютерных сетях (КС)

ТЕМА 7. Принципы построения и развития компьютерных сетей.

Компьютерная сеть (или: телекоммуникационная вычислительная сеть – ТВС) представляет собой сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов – информационных, программных, аппаратных.

Абонентская система (АС) – совокупность абонента (объекта, генерирующего и потребляющего информацию) и рабочий станции (РС).

Рабочая станция (РС) – система оборудования конечного пользователя сети, включающая сетевой компьютер вместе с периферийными средствами ввода-вывода и программным обеспечением, средства связи с коммуникационной подсетью компьютерной сети, выполняющие прикладные процессы.

Коммуникационная подсеть (или: телекоммуникационная система – ТКС) – это совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.

Прикладной процесс – это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

Компьютерные сети могут работать в различных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации, пакетной обработки данных по запросам пользователей с удаленных терминалов, в диалоговых режимах. Таким образом, с появлением КС разрешены две очень важные проблемы: обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей независимо от территориального расположения и возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния, позволяющая своевременно получать данные для принятия тех или иных решений.

Возможности той или иной КС определяются ее информационным, аппаратным и программным обеспечением.

Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий базы данных общего применения, доступные для всех пользователей сети, базы данных индивидуального пользования, предназначенные для отдельных абонентов, базы знаний общего и индивидуального применения, автоматизированные базы данных – локальные и распределенные, общего и индивидуального назначения.

Аппаратное обеспечение составляют компьютеры различных типов, оборудование абонентских систем, средства территориальных систем связи (в том числе узлов связи), аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней. Используемые в сетях компьютеры обычно универсального типа, обладающие возможностью выполнения практически неограниченного круга задач пользователей. Для повышения вычислительной мощности сети к ней могут подключаться вычислительные центры или центры обработки информации, к которым пользователи могут обращаться с запросами со своих абонентских систем или других рабочих мест. Такие центры снабжаются компьютерами в широком диапазоне по своим характеристикам: от персональных компьютеров до суперЭВМ.

Программное обеспечение (ПО) сетей отличается большим многообразием как по своему составу, так и по перечню решаемых задач. В общем виде функции ПО сети заключаются в следующем: планирование, организация и осуществление коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам – телекоммуникационным, вычислительным, информационным, программным; автоматизация процессов программирования задач обработки информации; динамическое распределение и перераспределение общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т. д.

В составе ПО сетей выделяются такие группы:

· общесетевое ПО в качестве основных элементов включает распределенную операционную систему (РОС) сети и комплект программ технического обслуживания (КПТО) всей сети и ее отдельных звеньев и подсистем, включая ТКС;

· специальное ПО, куда входят прикладные программные средства: интегрированные и функциональные пакеты прикладных программ (ППП) общего назначения, прикладные программы сети (ППС), библиотеки стандартных программ, а также прикладные программы специального назначения, отражающие специфику предметной области пользователей при реализации своих задач;

· базовое программное обеспечение компьютеров абонентских систем, включающее операционные системы ПК, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест-программы.

Важнейшие функции в сети выполняет распределенная операционная система: она управляет работой сети во всех ее режимах, обеспечивает оперативное и надежное удовлетворение запросов пользователей, динамическое распределение общесетевых ресурсов, координацию функционирования звеньев сети. РОС имеет иерархическую структуру, соответствующую стандартной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (ВОС). Она представляет собой систему программных средств, реализующих процессы взаимодействия АС и объединенных общей архитектурой и коммуникационными протоколами. РОС обеспечивает взаимодействие асинхронных параллельных процессов в сети, сопровождаемое применением средств передачи сообщений между одновременно реализуемыми процессами и средств синхронизации этих процессов.

В составе РОС сети имеется набор расположенных по функциональным уровням модели ВОС управляющих и обслуживающих программ, главные функции которых состоят в следующем:

· распределение общесетевых ресурсов с целью удовлетворения запросов пользователей, т. е. обеспечение доступа отдельных прикладных программ к этим ресурсам;

· обеспечение межпрограммных методов доступа, т. е. организация связи между отдельными прикладными программами комплекса пользовательских программ, реализуемыми в различных АС сети;

· синхронизация работы пользовательских программ при их одновременном обращении к одному и тому же общесетевому ресурсу;

· удаленный ввод заданий с любой АС сети и их выполнение в любой другой АС сети в оперативном или пакетном режиме;

· передача текстовых сообщений пользователям в порядке реализации функций службы электронной почты, телеконференций, электронных досок объявлений, дистанционного обучения;

· обмен файлами между АС сети, доступ к файлам, хранимым в удаленных компьютерах, и их обработка;

· защита информации и ресурсов сети от несанкционированного доступа, т. е. реализация функций служб безопасности сети;

· выдача справок, характеризующих состояние сети и использование ее ресурсов;

· планирование использования общесетевых ресурсов.

В рамках планирования использования общесетевых ресурсов осуществляется: планирование сроков и очередности получения и выдачи информации пользователям, распределение решаемых задач по компьютерам сети, распределение информационных ресурсов для этих задач, присвоение приоритетов задачам и выходным сообщениям, формирование и рассасывание очередей запросов пользователей с учетом или без учета приоритетов этих запросов, изменение конфигурации сети и т. д. При этом используются современные методы планирования. Кроме того, различают статическое планирование, которое осуществляется заранее, до начала решения поступившей в сеть к данному времени группы задач, и динамическое планирование, выполняемое в процессе функционирования сети непосредственно перед началом решения группы задач, причем с поступлением каждой новой задачи составленный план корректируется с учетом складывающейся ситуации по свободным и занятым ресурсам сети, наличию очередей задач и т. д. Основным показателем эффективности организации вычислительного процесса в сети, планирования общесетевых ресурсов является время решения комплекса задач.

Оперативное управление процессами удовлетворения запросов пользователей и обработки информации с помощью РОС сети позволяет организовать учет выполнения запросов и заданий, выдачу справок об их прохождении в сети, сбор данных о выполняемых в сети работах.

Создание и внедрение компьютерной сети является сложной комплексной задачей, требующей согласованного решения ряда вопросов. К ним относятся: формирование рациональной структуры сети, соответствующей ее назначению и удовлетворяющей определенным требованиям; проектирование телекоммуникационной системы сети, выбор типа линий и каналов связи, оценка их пропускной способности и т. д.; обеспечение способности доступа пользователей к общесетевым ресурсам, в частности, за счет оптимального решения задач маршрутизации; распределение информационных, аппаратных и программных ресурсов по звеньям сети; разработка системы обеспечения безопасности информации в сети; разработка мероприятий по обеспечению требуемого уровня эргономичности сети и др. Все эти вопросы решаются с учетом требований, предъявляемых к сети по главным показателям:

· временным – для оценки оперативности и своевременности удовлетворения запросов пользователей;

· надежностным – для оценки надежности функционирования сети;

· экономическим – для оценки экономической эффективности капитальных вложений на создание и внедрение сети и текущих затрат при эксплуатации и использовании.

Оценивая процессы функционирования КС, следует учитывать, что это человеко-машинная система (ЧМС). Это относится не только ко всей сети, но и к ее отдельным функциональным частям (ТКС, АС, центры обработки информации и т. д.). Следовательно, необходимо учитывать характеристики всех трех компонентов ЧМС: человека-оператора (обслуживающего персонала сети и пользователей), машины (программно-аппаратных средств сети) и производственной среды. Степень влияния этих компонентов на эффективность функционирования сети определяется принадлежностью сети к тому или иному типу ЧМС.

Деление ЧМС на типы производится по трем признакам [45]:

· по виду эксплуатации (использования) системы они делятся на ЧМС регулярного (постоянного) применения в течение более или менее длительного времени, ЧМС многоразового применения (используются периодически, причем периодичность использования, т. е. включения системы в режим целевого применения, определяется ее назначением и требованиями по поддержанию системы в работоспособном состоянии) и ЧМС одноразового применения (используются однократно, причем длительность использования определяется назначением системы и зависит от сложившихся условий ее функционирования);

· по роли и месту человека-оператора в системе выделяются также три типа ЧМС: целеустремленные системы (тип С1), в которых процесс функционирования полностью определяется человеком; целенаправленные системы (тип С2), в которых человек и машина рассматриваются как равнозначные элементы; целесообразные системы (тип С3), в которых человек только обеспечивает процесс функционирования, но не управляет им. При исследовании эффективности функционирования этих систем необходим соответственно человеко-системный, равноэлементный или системотехнический подход;

· по степени влияния трудовой деятельности человека-оператора на эффективность функционирования ЧМС выделяются такие типы: системы типа А, в которых работа оператора выполняется по жесткому технологическому графику; системы типа В, в которых такой график отсутствует, поэтому оператор может изменять темп и ритм своей работы; системы типа С, для которых характерным является задание конечного результата (заданный объем продукции в любом случае должен быть обеспечен).

Для целей исследования эффективности функционирования конкретной ЧМС, назначение которой известно, деление ее на типы С1, С2, С3 является первичным, а деление на типы А, В, С – вторичным, т. е. сначала необходимо наметить подход к исследованию рассматриваемой системы в зависимости от роли и места в ней человека, а затем установить ее принадлежность к одному из типов: А, В или С.

В качестве примера отметим, что корпоративные компьютерные сети (ККС) можно отнести к таким видам ЧМС:

· по виду использования это ЧМС регулярного применения, в них профилактические работы проводятся без выключения сети, в оперативном режиме. Однако отдельные звенья сети могут относиться к ЧМС многоразового применения, если они периодически отключаются ввиду отсутствия необходимости в их постоянном использовании;

· по роли и месту человека-оператора сети являются целенаправленными ЧМС, в которых человек и материальные (неэргатические) объекты рассматриваются как равнозначные элементы. Соотношение значимости этих элементов быть различным, но не таким, чтобы сеть следовало относить уже к другому типу – целеустремленным или целесообразным;

· по степени влияния трудовой деятельности человека-оператора на эффективность функционирования системы сети относятся главным образом к типу В, в которых отсутствует жесткий технологический график работы операторов.

Степень детализации при учете характеристик трудовой деятельности эргатических элементов в ходе исследования эффективности функционирования сети определяется типом ККС и наличием достоверных данных по этим характеристикам.

Классификация компьютерных сетей осуществляется по наиболее характерным признакам – структурным, функциональным, информационным.

По степени территориальной рассредоточенности основных элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные, региональные и локальные компьютерные сети.

Глобальные компьютерные сети (ГКС) объединяют абонентские системы, рассредоточенные на большой территории, охватывающей различные страны и континенты. Они решают проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к ним. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи (ТСС), в которых используются телефонные линии связи, радиосвязь, системы спутниковой связи.

Региональные компьютерные сети (РКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах отдельного региона – города, административного района; функционируют в интересах организаций и пользователей региона и, как правило, имеют выход в ГКС. Взаимодействие абонентских систем осуществляется также с помощью ТСС.

Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют абонентские системы, расположенные в пределах небольшой территории (этаж здания, здание, несколько зданий одного и того же предприятия). К классу ЛКС относятся сети предприятий, фирм, банков, офисов, учебных заведений и т. д. Принципиальным отличием ЛКС от других классов сетей является наличие своей штатной системы передачи данных.

Отдельный класс представляют корпоративные компьютерные сети (ККС), которые являются технической базой компаний, корпораций, организаций и т. д. Такая сеть играет ведущую роль в реализации задач планирования, организации и осуществления производственно-хозяйственной деятельности корпорации.

Объединение ЛКС, РКС, ККС, ГКС позволяет создавать сложные многосетевые иерархии.

По способу управления различают сети с централизованным управлением, когда в сети имеется один или несколько управляющих органов, децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации различают сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. Первые строятся на основе моноканала, взаимодействие АС осуществляется выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. Вторые используют механизм маршрутизации для передачи кадров (пакетов) от отправителя к получателю по одному из альтернативных маршрутов. По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

По топологии, т. е. по конфигурации элементов в сети, различают широковещательные сети (рис. 26) и последовательные (рис. 27). Широковещательные сети и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с «интеллектуальным центром») характерны для ЛКС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология.

В сетях с широковещательной конфигурацией характерен широковещательный режим работы, когда на передачу может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции сети – на прием. Это локальные сети с селекцией информации: общая шина, «дерево», «звезда» с пассивным центром. Основные преимущества ЛКС с общей шиной – простота расширения сети путем подключения к шине новых рабочих станций, простота управления сетью, минимальный расход кабеля. ЛКС с топологией типа «дерево» – это более развитый вариант сети с шинной топологией. «Дерево» образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»),

Рис. 26. Широковещательные конфигурации сетей:

а – общая шина; б – «дерево»;

Дата добавления: 2014-12-29