Общая характеристика информационных технологий

Основным режимом обработки данных на вычислительных центрах коллективного пользования является телеобработка информации, которая может быть реализована в одном из двух режимов: в диалоговом Режиме (on-line) или в режиме пакетной обработки (off-line).

Независимо от сферы применения, любая система телеобработки информации включает в себя как минимум четыре группы технических средств: электронную вычислительную машину, аппаратуру передачи данных (АПД), устройство сопряжения (УС) компьютера с аппаратурой передачи данных, абонентские пункты (АП), осуществляющие взаимодействие абонента с системой и обеспечивающие ввод и вывод данных. Более разветвленные системы телеобработки информации могут использовать устройства удаленного согласования (УУС) — поочередного или одновременного подключения разных абонентов к одному каналу связи.

Аппаратура передачи данных включает следующие устройства:

♦ устройства преобразования сигналов (УПС);

♦ устройства защиты от ошибок (УЗО);

♦ устройства вызова.

УПС преобразует сигналы терминального оборудования в вид, пригодный для передачи их по используемым каналам связи. И наоборот, сигналы, поступающие по каналу связи, преобразует к виду, воспринимаемому терминальной аппаратурой. В качестве УПС обычно используются модемы и связные карты.

УЗО применяют для обеспечения достоверности передачи информации — они реализуют процедуры обнаружения и автоматического  исправления ошибок.

Устройства вызова необходимо использовать при работе по коммутируемым каналам связи для соединения с вызываемым абонентом.

 

6.2. Понятие компьютерной сети

Компьютерные сети — это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.

Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:

♦ хранение и обработка данных;

♦ организация доступа пользователей к данным;

♦ передача данных и результатов обработки данных пользователям. Эффективность решения перечисленных задач обеспечивается:

♦дистанционным доступом пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам;

♦ высокой надежностью системы;

♦ возможностью оперативного перераспределения нагрузки;

♦ специализацией отдельных узлов сети для решения определенного класса задач;

♦ решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети;

♦ возможностью осуществления оперативного контроля всех узлов сети.

Основные показатели качества компьютерных сетей включают следующие элементы: полнота выполняемых функций, производительность, пропускная способность, надежность сети, безопасность информации, прозрачность сети, масштабируемость, интегрируемость, универсальность сети.

 

6.3. Виды компьютерных сетей

Компьютерные сети, в зависимости от охватываемой территории, подразделяются на:

♦ локальные (ЛВС, LAN — Local Area Network);

♦ региональные (PBC, MAN - Metropolitan Area Network);

♦ глобальные (ГВС, WAN - Wide Area Network).

В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии друг от друга. К ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций и т. д.

РВС связывают абонентов города, района, области. Обычно расстояния между абонентами РВС составляют десятки-сотни километров.

Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, часто расположенных в различных странах или на разных континентах.

По признакам организации передачи данных компьютерные сети можно разделить на две группы:

♦ последовательные;

♦ широковещательные.

В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного узла к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. Практически все виды сетей относятся к этому тину. В широковещательных сетях в конкретный момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию.

 

6.4. Топологии компьютерных сетей

Топология представляет физическое расположение сетевых компонентов (компьютеров, кабелей и др.). Выбором топологии определяется состав сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.

Существуют следующие топологии компьютерных сетей:

♦ шинные (линейные, bus);

♦ кольцевые (петлевые, ring);

♦ радиальные (звездообразные, star);

♦ смешанные (гибридные).

Практически все сети строятся на основе трех базовых топологий: топологии «шина», «звезда» и «кольцо». Базовые топологии достаточно просты, однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие свойства и характеристики нескольких топологий.

В топологии «шина», или «линейная шина» (linear bus), используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети. Эта топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть.

Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети.

«Шина» является пассивной топологией — компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.

Основой последовательной сети с радиальной топологией (топологией «звезда») является специальный компьютер — сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи. Вся информация передается через сервер, в задачи которого входит ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков в сети. Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер.

Недостатками такой сети являются: высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры, потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры, большая протяженность линий связи, отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации. Если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее с концентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.

При использовании топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Способ передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Маркер последовательно, от компьютера к компьютеру передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который должен передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу

Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принимающий компьютер посылает передающему сообщение — подтверждение о приеме данных. Получив сообщение — подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

 

6.5. Модель взаимодействия открытых систем

Передача и обработка данных в разветвленной сети является сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, требующим формализации и стандартизации следующих процедур:

♦ управление и контроль ресурсов компьютеров и системы телекоммуникаций;

♦ установление и разъединение соединений;

♦ контроль соединений;

♦ маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;

♦ контроль правильности передачи;

♦ исправление ошибок и т. д.

Необходимо применение стандартизированных  протоколов и для обеспечения  понимания сетями друг друга при  их взаимодействии. Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол представляет собой набор  правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, регламентирующий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети. Выполнением протокольных процедур управляют специальные программы, реже аппаратные средства.

Международной организацией по стандартизации (ISO — International Organisation for Standardization) разработана система стандартных протоколов — модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection — OSI), которую также называют эталонной семиуровневой моделью открытых систем.

Открытая система — система, доступная для взаимодействия с  другими системами в соответствии с разработанными стандартами.

Модель OSI содержит общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов и служит основой для разработчиков совместимого сетевого оборудования. Эти рекомендации должны быть реализованы как в технических, так и в программных средствах вычислительных сетей. Для обеспечения упорядочения функций управления и протоколов вычислительной сети вводятся функциональные уровни. В общем случае сеть включает семь функциональных уровней:

Прикладной уровень регламентирует процесс управления терминалами сети и прикладными процессами, которые являются источниками и потребителями информации, передаваемой в сети. Отвечает за запуск программ пользователя, их выполнение, ввод-вывод данных, управление терминалами, административное управление сетью. На данном уровне применяются технологии, являющиеся надстройкой над инфраструктурой передачи данных: электронной почты, теле- и видеоконференций, удаленного доступа к ресурсам, работы в Интернете.

Уровень представления интерпретирует и преобразовывает данные, передаваемые в сети, в вид, удобный для прикладных процессов. Согласует форматы представления данных, синтаксис, трансляции и интерпретацию программ с разных языков. Многие функции этого уровня задействованы на прикладном уровне, поэтому предоставляемые им протоколы не получили развития и во многих сетях практически не используются.

Сеансовый уровень — обеспечение организации и проведения сеансов связи между прикладными процессами, такими как инициализация и поддержание сеанса между абонентами сети, управление очередностью и режимами передачи данных. Многие функции этого уровня в части установления соединения и поддержания упорядоченного обмена данными реализуются на транспортном уровне, поэтому протоколы сеансового уровня имеют ограниченное применение.

Транспортный уровень — отвечает за управление сегментированием данных (сегмент — блок данных транспортного уровня) и сквозной передачей (транспортировкой) данных от источника к потребителю. На данном уровне оптимизируется использование услуг, предоставляемых на сетевом уровне, в части обеспечения максимальной пропускной способности при минимальных затратах. Протоколы транспортного уровня (сегментирующие и дейтаграммные) развиты очень широко и интенсивно используются на практике. Сегментирующие протоколы разбивают исходное сообщение на блоки данных — сегменты. Основной функцией таких протоколов транспортного уровня является обеспечение доставки этих сегментов до объекта назначения и восстановление сообщения. Дейтаграммные протоколы не сегментируют сообщение и отправляют его одним куском, который называется «дейтаграмма».

Сетевой уровень. Назначением данного уровня является управление логическим каналом передачи данных в сети (адресация и маршрутизация данных, коммутация каналов, сообщений). На данном уровне реализуется главная телекоммуникационная функция сетей, заключающаяся в обеспечении связи ее пользователей. Каждый пользователь сети обязательно использует протоколы этого уровня и имеет свой уникальный сетевой адрес, используемый протоколами сетевого уровня. На этом уровне передаваемые данные разбиваются на пакеты. Для того чтобы пакет был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес.

Канальный уровень. Формирование и управление физическим каналом передачи данных между объектами сетевого уровня, обеспечение прозрачности физических соединений, контроля и исправления ошибок передачи.

Физический уровень отвечает за установление, поддержание и расторжение соединений с физическим каналом сети. На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов — временные, электрические — и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных.