Информационные сети и системы

Раздел 1. Информационные сети и системы

 

Сегодня, в век информатизации и компьютеризации информация является таким же ресурсом, как трудовые, материальные и энергетические, а значит, процесс ее переработки можно воспринимать как технологию.

Информационные технологии – это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (нового информационного продукта).

Информационная система (база) – это организационно-упорядоченная взаимосвязанная совокупность средств и методов информационных технологий, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Информационные системы создаются для обеспечения взаимодействия информационных процессов в природе и обществе, и связанного с этим взаимодействием обмена какими-либо сигналами или сведениями в рамках организационно-технической системы.

Сами же информационные процессы (ИП) представляют собой совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов выявления, отбора, формирования из совокупности сведений информации, ее ввода в техническую систему, анализа, обработки, хранения и передачи.

В качестве основных технических средств обработки и передачи информации в информационных системах выступают компьютеры и средства связи.

Под распределенной информационной системой (базой) понимается неограниченное количество баз данных, дистанционно отдаленных друг от друга, функционирующих и осуществляющих обмен данными по единым правилам, определенным централизованно для всех баз данных, входящих в распределенную информационную базу.

 

1.1. Основные понятия теории  информационных систем и сетей

 

Результатом развития технологии автоматизированной обработки и обмена информацией и одной из основных технических реализаций информационных систем явились информационные сети  (ИС).

На первых этапах развитие ИС шло по пути автоматизации отдельных составляющих ИП – с одной стороны независимо создавались системы сбора, хранения и поиска информации на базе вычислительных средств, где основными являлись хранение и поиск, но могли иметь место также процессы обработки и передачи. И как результат, в соответствии с целевым предназначением и спецификой решаемых задач, были созданы и создаются различные сети, получившие названия: сети ЭВМ, компьютерные сети, сети информационных центров, вычислительные сети, сети телеобработки, информационно-вычислительные сети, информационно-справочные сети, телеинформационные сети.

Не смотря на все многообразие используемых терминов, все эти сети по своей структурной организации представляют однотипное объединение удаленных ЭВМ или терминалов с ЭВМ средствами передачи данных и отличаются только типами используемых программно-технических средств передачи и обработки информации, наборами функций и реализуемыми протоколами взаимосвязи, а также областью применения данных сетей. Изначально они были узкоспециализированными и предназначались для обработки и передачи буквенно-цифровой информации (документальной информации), но по мере развития информационных технологий, создания программно-аппаратных средств цифровой обработки звуковой и видеоинформации (изображений) появилась реальная возможность расширения их функциональных возможностей до распределенной обработки всех видов информации.

Другим направлением развития ИС явилось создание систем распределения информации, где основным содержанием являлся процесс обмена информационными сообщениями между территориально распределенными объектами - потребителями информации. Так для передачи таких традиционных видов информации как речь, документальная информация, изображение и звук созданы и совершенствуются различные специализированные (для передачи конкретного вида информации) информационные сети, именуемые «сетями электросвязи».

В настоящее время Министерством связи РФ разработана «Концепции связи РФ», в которой основой электросвязи определяется Взаимоувязанная сеть связи России. Такая сеть представляет собой комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных сетей, с общим централизованным управлением, независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности и обеспечивает предоставление пользователям услуг электросвязи посредством соответствующих систем (служб) электросвязи в интересах передачи различных видов информации.

В структуру Взаимоувязанной сети связи в целом входит 11 служб:

службы телефонной связи,

службы телеграфной связи (АТ, Телекс),

службы передачи данных,

телематические службы (телефакс, бюрофакс, видеотекс, обработка сообщений),

служба передачи газет,

служба проводного звукового вещания,

служба распределения программ звукового вещания,

служба распределения программ телевизионного вещания,

служба кабельного телевидения,

служба телеконференций,

служба мультимедиа.

В своей совокупности службы электросвязи  опираются на сети электросвязи:

сети передачи данных с коммутацией пакетов (каналов) - ПД КП (КК),

цифровые сети связи общего пользования - ЦСС ОП,

цифровые сети с интеграцией обслуживания - ЦСИО,

телефонные сети общего (частного) пользования - ТФОП (ЧП),

сети коммутации каналов - КК, сеть передачи газет - ПГ,

телеграфные сети общего пользования - ТГ ОП,

сеть абонентского телеграфирования - АТ,

сеть Телекс,

сети передачи программ звукового вещания - ПЗвВ,

сеть передачи программ телевизионного вещания - ПТвВ,

сети кабельного телевидения - КТВ,

Диспетчерские сети.

Тенденции развития как средств обработки и распределения информации, так и ИС в целом в настоящее время характеризуются с двух сторон. С одной стороны, развитие сетей электросвязи требует применения дискретных (цифровых) каналов и систем передачи, применения средств вычислительной техники для обработки информации в интересах ее передачи. С другой стороны, развитие средств обработки и вычислительной техники требует все большего применения средств связи для обеспечения обмена информацией в интересах решения прикладных задач (обмен документами, распределенные вычисления, доступ к распределенным базам данных и т.д.). И как результат - слияние отраслей обработки и обмена информацией приводит к созданию информационных сетей, реализующих все множество информационных процессов обработки и передачи информации.

Современная информационная сеть - это сложная распределенная в пространстве техническая система, представляющая собой функционально связанную совокупность программно-технических средств обработки и обмена информацией и состоящая из территориально распределенных информационных узлов (подсистем обработки информации) и физических каналов передачи информации их соединяющих. Такая система в совокупности определяет физическую структуру ИС. Помимо понятия физической структуры для описания принципов построения  и функционирования ИС часто используют такие понятия как логическая, информационная и маршрутная структуры, описывающие принципы размещения и взаимосвязи в ИС тех или иных информационных процессов, а также понятие архитектуры ИС, определяющей принципы функционирования информационной сети в целом.

Физическая структура ИС характеризует физическую организацию технических средств ИС и описывает множество пространственно (территориально) распределенных  подсистем (информационных узлов), реализующих ту или иную совокупность информационных процессов и оснащенных программно-аппаратными средствами их реализации, соединенных физическими каналами передачи информации (каналами связи), обеспечивающими взаимодействие этих подсистем.

Так примерами структур различных ИС могут служить: множество издательств и библиотек, распределенных по территории города, региона или страны, реализующих функции формирования, обработки и хранения информации, и множество каналов почтовой связи, обеспечивающих доведение информации между издательствами и библиотеками; множество территориально распределенных ЭВМ, реализующих всю совокупность ИП селекции, ввода-вывода и содержательной обработки информации, и множество каналов связи их соединяющих и обеспечивающих реализацию функций их взаимосвязи.

При этом информационными узлами в первом примере являются элементы организационно-технической системы - издательства и библиотеки, а во втором примере - элементы технической системы (ЭВМ). В качестве каналов доставки информации в первом примере могут быть использованы любые из известных средств коммуникации (железнодорожный транспорт, воздушный транспорт, и т.д.) для распределения информации в виде почтовой корреспонденции. Во втором примере - выделенные каналы связи различной физической природы, или другие технические системы (информационные сети), ориентированные на реализацию только функций взаимосвязи, например вторичные сети электросвязи (телефонные сети, телеграфные сети, сети передачи данных).

Информационная структура ИС - определяется потребностями отдельных ИП в обмене информацией и представляется совокупностью информационных узлов, испытывающих потребность взаимосвязи, и путей доставки информации между ними.

Информационная структура может совпадать, а может и существенно отличаться от физической структуры, так одной физической структуре ИС может соответствовать конечное множество информационных структур, соответствующих множеству разнотипных ИП в узлах сети, имеющих различные потребности во взаимосвязи с другими ИП.

Маршрутная структура ИС описывает множество адресуемых элементов сети (информационных узлов, информационных процессов) и множество реализованных путей доставки информации между этими элементами.

Примером маршрутной структуры для сети передачи данных (ПД) может служить план распределения сообщений (ПРС), представляющий собой совокупность таблиц маршрутов всех узлов сети ПД и определяющий для множества узлов сети множество реализованных маршрутов доставки пакетов.

Логическая структура ИС определяется множеством типов ИП, реализуемых сетью, функциональными возможностями ИП по обработке и обмену информацией, правилами обмена и обработки информации, форматами представления информации.

Логическая структура описывает принципы построения ИС, состав и типы реализуемых информационных процессов, распределение их по элементам ИС в соответствии с функциональной наполненностью, а также порядок и правила взаимодействия ИП при обработке и обмене информацией, используемые при этом правила взаимосвязи (протоколы) и формы представления информации (форматы).

Архитектура ИС абстрагируясь от конкретной физической реализации элементов сети и конкретной физической структуры, обобщает информационную, логическую, маршрутную структуры, определяет модель ИС, основные компоненты данной модели и функции выполняемые ими. Определяют также понятие функциональной архитектуры сети как часть общей архитектуры, которая для конкретной модели в целом и ее компонент в частности, определяет их функциональную наполненность и принципы функционирования. Физическая структура в свою очередь конкретизирует архитектуру для конкретной информационной сети, построенной с применением конкретных комплексов технических средств и заданных вариантов реализации программно-технических средств.

Примером хорошо проработанной и стандартизованной международной организацией стандартов (МОС) функциональной архитектуры ИС, описывающей правила реализации только подмножества функций взаимосвязи (функций телекоммуникационной сети) при взаимодействии ИП, выполняющих функции содержательной обработки информации в территориально распределенных узлах информационной сети, является семиуровневая архитектура эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС).

 

1.2. Концептуальная модель  информационной сети

 

Концептуальную модель информационной сети можно представить в виде функциональной архитектуры содержащей три уровня описания ее функций (рис. 1.1):

- первый уровень (центральный) описывает функции и правила взаимосвязи при передаче различных видов информации между территориально удаленными абонентскими системами через физические каналы связи (первичную сеть связи) и реализуется транспортной сетью;

- второй уровень описывает функции и правила обмена информацией в интересах взаимосвязи прикладных процессов (пользователей) различных абонентских систем и реализуется телекоммуникационной сетью, представляющей собой единую инфраструктуру для обмена различными видами информации в интересах пользователей информационной сети;

- третий уровень образуется совокупностью прикладных процессов, размещенных в территориально удаленных абонентских системах, являющихся потребителями информации и выполняющих ее содержательную обработку.

Под прикладными процессами в модели ИС понимается тип информационных процессов, ориентированных на выполнение функций содержательной обработки информации в узлах сети в контексте решаемой задачи или другого конкретного применения.

При этом прикладные процессы могут представлять собой ручные процессы (например, обслуживание оператором терминала) и автоматизированные, выполняемые на ЭВМ с возможным участием человека (например, программа, выполняемая на ЭВМ в интересах обеспечения ведения распределенной базы данных и предполагающая доступ к удаленной базе данных). Также и физические процессы (например, программа, выполняемая на специализированной ЭВМ и предназначенная для управления техническими устройствами из состава некоторого технологического промышленного оборудования).