Автоматизированные информационные системы в экономике

•  создание новых видов задач и услуг в направлении информационного взаимодействия, например электронной почты;

•  снижение стоимости обработки информации.

В общем случае структура  сетевой технологии должна обладать совокупностью определенных свойств, к ним относятся:

•  открытость — возможность включения в сеть дополнительных модификаций современных ЭВМ и других сетевых устройств;

•  ресурсоемкое — способность технических и аппаратных средств хранить, оперативно обрабатывать и представлять широкий набор данных;

•  динамичность — минимизация времени ответа ЭВМ сети на запрос пользователя;

•  эргономичность — развитый интерфейс по взаимодействию с ЭВМ, широкий набор сервисных функций по информационному обеспечению пользователя и создание адекватной ему информационной среды;

•  автономность — относительно независимая работа сетей различных уровней;

•  адаптивность — обеспечение совместимости и взаимодействия технических и программных средств при изменении требований надсистемы и изменении конфигурации сети;

•  самоорганизация — защита данных от несанкционированного доступа, автоматическое восстановление работоспособности в случае аварийных сбоев, высокая достоверность передаваемой информации.

Вычислительные сети принято  подразделять на два класса — ЛВС и ГВС. Локальная вычислительная сеть — это распределенная вычислительная система, в которой передача данных между компьютерами проводится на небольшие расстояния в пределах одного здания или нескольких зданий одной организации. ЛВС требует минимум специальных устройств, достаточно электрического соединения компьютеров с помощью кабелей и разъемов. Так как электрический сигнал при передаче по кабелю ослабевает (уменьшается его мощность) тем сильнее, чем протяженнее кабель, то, естественно, длина проводов, соединяющих компьютеры, ограничена. По этой причине ЛВС объединяют компьютеры, локализованные на весьма ограниченном пространстве. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компьютерами, не должна превышать 1 км. Указанные ограничения обусловливают расположение компьютеров ЛВС в одном здании или в рядом стоящих зданиях. Обычно службы управления предприятий так и расположены, что и определило широкое использование в них ЛВС для реализации процессов обмена. Вместе с тем при построении определенных ЛВС применяются и дополнительные устройства, в частности репитеры, усиливающие сигналы в канале связи, и др.

ГВС объединяют ресурсы компьютеров, расположенных на значительном удалении. Глобальная вычислительная сеть — это распределенная сеть ЭВМ, имеющая развитый состав технических устройств, расположенных на межматериковом географическом пространстве. При создании ГВС необходимо применение специальных устройств, позволяющих передавать данные без искажения и по назначению. Эти устройства коммутируют (соединяют, переключают) между собой компьютеры сети и, в зависимости от ее конфигурации, могут быть как пассивными коммутаторами, соединяющими кабели, так и достаточно мощными ЭВМ, выполняющими логические функции выбора наименьших маршрутов передачи данных. В ГВС, помимо кабельных линий, применяют и другие среды передачи данных. Большие расстояния, через которые передаются данные в глобальных сетях, требуют особого внимания к процедуре передачи цифровой информации с тем, чтобы посланные в сети данные дошли до компьютера-получателя в полном и неискаженном виде. В глобальных сетях компьютеры отделены друг от друга расстоянием не менее 1 км и объединяют ресурсные возможности компьютеров в рамках определенной территории.

Отдельные ЛВС и ГВС могут объединяться, и тогда возникает сложная сеть, которую называют распределенной. Таким образом, в общем виде вычислительные сети представляют собой систему компьютеров, объединенных линиями связи и специальными устройствами, позволяющими передавать без искажения и перенаправлять потоки данных между компьютерами. Линии связи вместе с устройствами передачи и приема данных называют каналами связи, а устройства, производящие переключение потоков данных в сети, можно определить общим названием — узлы коммутации.

Топология вычислительных сетей. Важнейшей характеристикой сети является топология. Она определяет способ соединения ЭВМ в сети. Различают два вида топологии — физическую и логическую. Физическая топология — это реальная схема соединения технических устройств сети посредством каналов связи. Логическая топология — это установленная схема потоков данных между техническими устройствами сети. Термин «топология сетей» характеризует физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети.

Построение топологии ЛВС выполняется по нескольким топологическим структурам. Базовыми топологиями являются: звездообразная — «звезда», кольцевая

— «кольцо», магистральная — «шина». На основе этих структур могут быть построены более сложные, разветвленные и многосвязные сети.

Топология «звезда» характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом коммутации (ЦУК) (рис. 4.4).

Достоинство подобной структуры  в экономичности и удобстве с  точки зрения организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии можно назвать низкую надежность — при отказе центрального узла выходит из строя вся сеть.

Кольцевая топология характерна тем, что компьютеры в этой сети подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанным в однонаправленное кольцо (рис. 4.5).

По методу доступа к  каналу связи различают два основных типа кольцевых сетей: маркерное  и тактированное кольца. В маркерных  кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им управляет в данный момент времени. Если компьютер получил маркер и у него есть сообщение для передачи, то он «захватывает» маркер и передает сообщение в кольцо. Данные проходят через все повторители, пока не окажутся на том повторителе, к которому подключен компьютер с адресом, указанным в данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть. При отсутствии у компьютера сообщения для передачи он пропускает движущийся по кольцу маркер.

В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая  последовательность тактов — специально закодированных интервалов фиксированной

длины. В каждом такте  имеется бит-указатель занятости. Свободные такты могут заполняться  передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым узлом могут закрепляться определенные такты.

К достоинствам кольцевых  сетей относится равенство компьютеров  по доступу к сети и высокая  расширяемость. К недостаткам следует  отнести выход из строя всей сети при выходе из строя одного повторителя и остановку работы сети при изменении ее конфигурации.

Магистральная топология («шина»), в локальных сетях применяется очень широко. Здесь все компьютеры подключены к единому каналу связи с помощью трансиверов (приемопередатчиков) (рис. 4.6).

С двух сторон канала имеются  пассивные терминаторы, которые  служат для поглощения передаваемых сигналов. От передающего компьютера данные направляются всем компьютерам сети, однако воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом ансамбле данных. Причем в каждый момент только один компьютер может вести передачу. Если один компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе остальных, что относится к достоинствам шинной топологии. Другие достоинства шины — высокая расширяемость и экономичность в организации каналов связи. Как недостаток расценивается уменьшение пропускной способности сети при значительных объемах трафика — объема передаваемых по сети данных.

В настоящее время часто  используются топологии, основанные на сочетании достоинств и нивелировании  недостатков базовых топологий — «звезда — шина», «звезда — кольцо». Топология «звезда — шина» чаше всего выглядит как объединение с помощью магистральной шины нескольких звездообразных сетей. При топологии «звезда — кольцо» несколько звездообразных сетей соединяется своими центральными узлами коммутации в кольцо.

Развитие локальных и  комбинированных топологий при  условии удлинения линий связи приводит к необходимости их разделения и создания распределенных сетей. Это обусловливает особенности топологии ГВС. В распределенных сетях компонентами служат не отдельные компьютеры, а отдельные локальные сети, или сегменты. Узлами коммутации таких сетей становятся активные концентраторы и мосты — устройства, обеспечивающие коммутацией линии связи неоднородного класса и усиливающие проходящие через них сигналы. Мосты, кроме того, еще и управляют потоками данных между сегментами сети.

При соединении удаленных  на большие расстояния компьютеров  или сетей используются каналы связи  и устройства коммутации, называемые маршрутизаторами и шлюзами. Маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом и соединяются между собой каналами связи, образуя распределенный магистральный канал связи. Для согласования параметров данных (форматов, уровней сигналов, протоколов и т.п.), передаваемых по магистральному каналу связи, между маршрутизаторами и терминальными компонентами включаются устройства сопряжения. При подключении к магистральному каналу вычислительных сетей (например, мэйнфреймов), которые невозможно согласовать с помощью стандартных устройств сопряжения, используются стандартные средства, называемые шлюзами. Терминальными абонентами называют отдельные компьютеры, локальные или распределенные сети, через маршрутизаторы подключенные к магистральному каналу. Таким образом, возникает ГВС, типовая топология которой приведена на рис. 4.7.

Глобальные сети могут  объединяться между собой путем  соединения через маршрутизаторы магистральных каналов, что в конечном итоге приводит к созданию мировой информационно-вычислительной сети. Эти сети относятся к классу открытых систем и создаются на основе эталонной модели.

Базовая эталонная  модель взаимодействия открытых сетей. Базовая эталонная модель (OSI — Open System Interconnection) — стандарт 7498 ISO. Модель OSI можно назвать гибкой в том смысле, что она допускает эволюцию сетей в зависимости от развития теории и новых технических достижений, а также обеспечивает постепенность перехода от существующих реалий к новым стандартам. Основное понятие модели

— система. Система —  автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обработку  данных прикладных задач пользователей.

Прикладной процесс, реализующий  определенную задачу пользователя — важнейший компонент системы, обеспечивающий обработку информации. Роль прикладного процесса в системе выполняет человек-оператор, программа или группа программ. Основная задача сети состоит в обеспечении взаимодействия прикладных процессов, проходящих в различных системах. При этом система считается открытой, если она выполняет стандартное множество функций взаимодействия, принятое в сети.

Область взаимодействия открытых систем определяется

последовательно-параллельными группами функций или модулями взаимодействия, реализуемыми программными или аппаратными средствами. Модули, образующие область взаимодействия прикладных процессов и физических средств соединения, делятся на семь иерархических уровней. Каждый из них выполняет определенную функциональную задачу (табл. 4.4) [64]. В системе передачи физический, канальный и сетевой уровни вместе с прикладными процессами образуют область обработки данных, реализующих информационные процессы, выполняемые в системе. Процессы этой области используют сервис по транспортировке данных транспортного уровня, который осуществляет процедуры передачи информации от системы-отправителя к

системе-адресату. Транспортный, сеансовый, представительный и прикладной уровни образуют область передачи данных между множеством взаимодействующих систем, реализуют коммуникационные процессы по транспортировке данных. Протоколы ОС сети реализуют единый интерфейс между ОС разнотипных ЭВМ. Основополагающим в этом случае становится принцип виртуальности, определяющий общность процессов через виртуальный терминал, виртуальный файл, виртуальное задание и т. д.

Существенно для прикладных процессов включение в систему  обмена таких каналов связи, которые  оптимизируют время прохождения  данных. Важной здесь становится также и реализация взаимодействия процессов удаленных ЭВМ с управляющими блоками сети. В логическом отношении единую ОС должен образовывать набор программных и аппаратных протоколов информационного обмена и процедур, осуществляющих интерфейс управляющих сигналов и данных сети, вне зависимости от способа и места их реализации.

Функции, выполняемые протоколами  уровней в различных системах, принято объединять в группы, именуемые службами. Транспортная служба обеспечивает выполнение задач, связанных с передачей информации через коммуникационную подсеть. Она охватывает транспортный, сетевой, канальный и физический уровни. Над ней находится абонентская служба. Эта служба располагается на прикладном, представительном и сеансовом уровнях и предназначена для обеспечения соединения прикладных процессов с транспортной службой. Соответственно семи уровням взаимодействия открытых систем вводится иерархия семи групп протоколов. Протоколы именуются так же, как уровни. В соответствии с точками приложения иерархия протоколов делится на три специфические группы:

•  физический (стандартный физический интерфейс Х.21) и канальный (стандарт HDLC — High level Data Link Control — высший уровень управления каналом данных) протоколы;

•  протоколы транспортного и сетевого уровней, которые реализуют сквозное взаимодействие абонентских сетей. Здесь сетевые уровни и сетевой процесс коммуникационных систем инициируют компоненты, связывающие последовательность канальных соединений в единую сквозную систему коммуникационной подсети. При этом для соединения оконечного оборудования с сетью передачи данных очень часто используют протоколы Х.25 (стандарт МККТТ — Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии, CCITT — Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony). Рекомендация Х.25 включает в себя протоколы трех нижних уровней эталонной модели: на физическом уровне — стандартный физический интерфейс Х.21, на канальном уровне — процедуру управления каналом LAPB — Link Access Procedure Balanced (подмножество HDLC) и на сетевом уровне — протокол X. 25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных;

• протоколы трех верхних  уровней (прикладного, представительного, сеансового), образующие группу, связанную с прикладными процессами. Эти уровни ответственны за последовательность канальных соединений.

Интеграция однородных глобальных сетей, использующих протокол Х.25, осуществляется на базе известного протокола Х.75, обеспечивающего логические соединения абонентов через различные сети. В неоднородных сетях используется межсетевой протокол IP (Internet work Protocol) в его стандартизованной версии. Общий принцип функционирования транслятора IP состоит в том, что шлюзы, узлы и станции локальных сетей используют датаграммный протокол, расположенный на транспортном уровне сети. Пакеты, транспортируемые между сетями, идентифицируются в шлюзе и упаковываются в 1Р-датаграммы, в заголовке которых содержится глобальный адрес места назначения.

Увеличение разнообразия различных архитектур связи побудило ISO направить значительные усилия на разработку стандарта архитектуры связи, который позволил бы системам открыто связываться между собой. Протоколы, реализующие уровни обмена данными, должны быть предусмотрены в каждом узле сети.