Лекции. 1. информационные сети. Основные понятия становление информационных сетей
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
4 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 1.1. Становление информационных сетей Одним из важнейших направлений развития информацион- ных систем явилось создание систем распределения информа- ции, основной функцией которых является процесс обмена ин- формационными сообщениями между территориально распреде- ленными объектами - потребителями информации. Для передачи традиционных видов информации, таких как речь, текстовая ин- формация, звук, статическое или динамически меняющееся изоб- ражения созданы и совершенствуются различные специализиро- ванные (для передачи конкретного вида информации) информа- ционные сети, именуемые сетями электросвязи. Развитие средств передачи информации и ее обработки, как и информационных систем в целом, в течение последнего време- ни характеризуются тем, что, с одной стороны, развитие сетей электросвязи все больше нуждается в применении дискретных (цифровых) каналов и систем передачи, а также использовании средств вычислительной техники для обработки информации в интересах улучшения показателей ее передачи. С другой сторо- ны, совершенствование средств вычислительной техники требует все большего применения качественных каналов связи для обес- печения обмена информацией в ходе решения прикладных задач (распределенные вычисления, обмен файлами, доступ к распре- деленным базам данных и т.д.). В результате наблюдается слия- ние отраслей обработки и обмена информацией, приведшее к по- явлению и дальнейшему непрерывному развитию информацион- ных сетей, реализующих все многообразие информационных процессов обработки и передачи информации. Сетевая служба тематических толковых словарей «Glossary Commander» характеризует понятие «Информационная сеть» (in- formation network, англ.) как совокупность информационных си- стем, использующих средства вычислительной техники и взаи- модействующих друг с другом посредством коммуникационных каналов [1]. Развернутая трактовка этого термина предлагается в [2]: 5 «современная информационная сеть – это сложная, распределен- ная в пространстве, техническая система, представляющая собою функционально связанную совокупность программно- технических средств обработки и обмена информацией и состоя- щая из территориально распределенных информационных узлов (подсистем обработки информации) и физических каналов пере- дачи информации их соединяющих». Появившиеся в результате развития технологий автоматизи- рованной обработки и обмена информацией информационные се- ти представляют собою одну из возможных технических реали- заций информационных систем, создаваемых для «обеспечения взаимодействия информационных процессов в природе и обще- стве и связанного с этим взаимодействием обмена какими-либо сигналами или сведениями в рамках организационно- технической системы» [2]. Успех развития информационных сетей сегодня определяет- ся их доступностью массовому пользователю и теми социально- экономическими последствиями, которые они вносят практиче- ски во все сферы жизнедеятельности человека. Использовавшие- ся на начальной стадии своего развития преимущественно для осуществления межкомпьютерного обмена, сегодня информаци- онные сети широко применяются для передачи цифровой, тек- стовой, графической, голосовой и мультимедиа информации. 1.2. Федеральный закон РФ «О связи» Одним из направлений развития современных информаци- онных систем явилось создание систем распределения информа- ции, основным содержанием в которых выступает процесс обме- на информационными сообщениями между территориально рас- пределенными объектами – потребителями информации. Для пе- редачи различных видов информации, таких как речь, текстовые и табличные документы, изображение и звук созданы и совер- шенствуются различные специализированные (ориентированные на передачу конкретного вида информации) информационные се- ти, именуемые «сетями электросвязи». В Российской Федерации с 2004 года действует Федераль- 6 ный закон «О связи» [3], устанавливающий правовые основы де- ятельности в области связи на территории Российской Федерации и на территориях, находящихся под юрисдикцией Российской Федерации. Закон определяет полномочия органов государствен- ной власти в области связи, а также права и обязанности лиц, участвующих в указанной деятельности или пользующихся услу- гами связи. Закон «О связи» устанавливает, что материально-техническую основу федеральной связи составляют единая сеть электросвязи (ЕСЭ) Российской Федерации и сеть почтовой связи Российской Федерации. В третьей главе закона «О связи» приведены определения всех видов сетей, входящих в состав ЕСЭ Российской Федерации. В этом законе сети в составе ЕСЭ определены с юридической точки зрения. Структура сетей федеральной связи РФ приведена на рис.1.1. Рис.1.1. Структура федеральной связи Российской Федерации С системно-технической точки зрения в состав ЕСЭ России входят: Сети общего пользования, предоставляющие информа- ционно-коммуникационные услуги всем пользователям, соблю- 7 дающим совокупность правил, устанавливаемых Оператором се- ти. Например, для телефонной сети общего пользования эти пра- вила перечислены в договоре, который заключается с каждый абонентом. Договор устанавливает основные права и обязанности абонента и Оператора. Российские сети общего пользования обеспечивают и возможность международной связи. Оператор сети общего пользования не имеет права отказать пользователю в обслуживании. Поэтому, применительно к сетям общего пользо- вания, иногда используют термин «недикриминационное» (рав- нодоступное) обслуживание. Выделенные сети связи создаются для ограниченной группы пользователей. Принципы, положенные в основу форми- рования сети для ограниченной группы пользователей, могут быть различными. Сам факт наличия этих принципов служит ос- нованием для того, чтобы говорить об ограниченном применении выделенных сетей. Выделенные сети могут взаимодействовать между собой, но они не присоединяются к сетям общего пользо- вания. Оказание услуг связи Операторами выделенных сетей свя- зи осуществляется на основании соответствующих лицензий в пределах указанных в них территорий и с использованием выде- ленной нумерации. Информационно-коммуникационные техно- логии, включая типы оборудования, а также принципы организа- ции системы электросвязи выбираются собственниками или иными владельцами этих сетей. Выделенная сеть может при определенных условиях быть присоединена к сети общего поль- зования. Для этого она должна соответствовать всем требовани- ям, которые предъявляются к сетям связи общего пользования. Технологические сети связи предназначены для обеспе- чения производственной деятельности различных организаций. Эти сети в основном ориентированы на решение задач управле- ния технологическими процессами. Информационно-коммуника- ционные технологии, включая типы оборудования, а также прин- ципы организации системы электросвязи выбираются собствен- никами или иными владельцами этих сетей. Некоторые техноло- гические сети располагают свободными ресурсами. Эти ресурсы могут использоваться сетями связи общего пользования. В этом 8 случае можно говорить о присоединении технологических сетей. Такое присоединение допускается в том случае, если соблюдает- ся ряд условий. Во-первых, используемые ресурсы должны тех- нически, программно, или физически отделяться от технологиче- ской сети связи. Во-вторых, эти ресурсы должны полностью со- ответствовать требованиям, установленным для сетей связи об- щего пользования. Технологические сети связи могут присоеди- няться к аналогичным сетям других организаций (в том числе, иностранных). Такое решение обычно используется для обеспе- чения единого технологического цикла. Сети связи специального назначения предназначены для нужд государственного управления, государственной оборо- ны, безопасности государства и обеспечения правопорядка. Эти сети, как правило, не могут использоваться для оказания инфор- мационно-коммуникационных услуг связи другим пользовате- лям. Исключение могут составлять случаи, предусмотренные за- конодательством Российской Федерации. Подготовка и исполь- зование ресурсов ЕСЭ Российской Федерации для обеспечения функционирования сетей связи специального назначения осу- ществляются в порядке, установленном Правительством Россий- ской Федерации. Основными стратегическими направлениями развития ЕСЭ являются: дальнейший переход от аналоговых к цифровым сетям с интеграцией служб (ЦСИС), в том числе широкополосным (ШЦСИС), со значительным расширением номенклатуры услуг мультимедиа и интеллектуальных сетей массового обслуживания; использование новых технических решений в области IP- телефонии; развитие сетей подвижной радиосвязи на базе сотовых структур и глобальных спутниковых подвижных систем. 1.3. Классификации информационных сетей Информационные сети (ИС) классифицируются по различ- ным признакам. Одной из наиболее распространенных классифи- 9 каций выступает классификация по территориальному признаку, согласно которой ИС подразделяются на: Локальные сети (LAN – Local Area Network, англ.) явля- ются одним из вариантов коммуникационной сети, развертывае- мой на относительно небольшой территории. Для таких сетей ха- рактерна передача данных в диапазоне высоких скоростей с низ- кой степенью ошибок, благодаря использованию качественных каналов связи. Городские (муниципальные) сети (MAN – Metropolitan Area Network, англ.), основой которых является объединение се- тей в пределах города или его отдельных административно- территориальных образований (округ, район и т.п.). Как разно- видность этого класса ИС можно рассматривать территориаль- ные сети (WAN – Wide Area Network, англ.), объединяющие ИС нескольких городов или даже небольших стран. Принципиальных различий между этими двумя типами сетей сегодня не существует. Глобальные сети (GAN – Global Area Network, англ.), охватывающие неограниченные территории. Интересная особен- ность заключается в том, что исторически первым возник именно этот тип сетей, который на начальном этапе обеспечивал связь терминалов (удаленных рабочих мест пользователей) с мощными центральными ЭВМ (как правило, машины класса суперЭВМ); причем терминалы и центральная ЭВМ могли находится в разных частях света. Развитие глобальных сетей послужило отправной точ- кой создания и развития концепций иных типов современных ИС. Наряду с приведенной классификацией сетей по территори- альному признаку, довольно часто используются и иные крите- рии их классификаций. Например, исходя из масштаба подразде- ления, в пределах которого функционирует ИС, различают сети: Отделов – сети, используемые ограниченной группой со- трудников (обычно до нескольких десятков человек) одного про- изводственного или научного подразделения главным образом с целью разделения вычислительных ресурсов (дорогостоящих пе- риферийных устройств, приложений, данных и т.д.); как правило, не разделяются на подсети и создаются на базе единой сетевой технологии. 10 Кампусов (campus – студенческий городок, англ.), объ- единяющие сети отделов в пределах отдельного здания или груп- пы рядом расположенных зданий, не использующие глобальные каналы связи. В таких составных сетях возможно и довольно ча- сто встречается объединение и администрирование подсетей с разнородным аппаратным и программным обеспечением. Корпоративные – сети, объединяющие пользователей всех подразделений и филиалов одной организации с неограни- ченной территорией охвата (подразделения могут размещаться даже на разных континентах). Для этого типа сетей характерны: масштабность (множество рабочих станций и серверов, огром- ные объемы хранимых и передаваемых по каналам связи данных, множество разнообразных приложений); гетерогенность высокой степени (большое разнообразие типов компьютеров, операцион- ных систем, коммуникационного оборудования); использование глобальных связей (применение телекоммуникационных средств на базе телефонных каналов, радиоканалов, спутниковой связи и т.д.). 2. МОДЕЛЬ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ 2.1. Структуры информационных сетей В силу наличия различий, порою весьма заметных, сформи- ровавшихся в рамках разных научных направлений и школ, за- нимающихся теорией и практикой построения информационных сетей, трактовки многих понятий могут отличаться, подчас всту- пая в известные противоречия, иногда принципиальные. В этом плане понятие «архитектура информационной се- ти», к сожалению, тоже не является исключением. Так, большин- ство технических справочников и словарей описывают ее как «кон- цепцию, определяющую основные элементы информационной се- ти, характер и топологию взаимодействия этих элементов и представляющую логическую, функциональную и физическую ор- ганизацию технических и программных средств сети» [1]. В [4] предложено отдельно выделить в понятии «архитекту- ра ИС» ещё и программную структуру сети, отражающую состав 11 компонент сетевого программного обеспечения (ПО) и связи между ними. Иной взгляд на это понятие изложен в [2], где автор полага- ет, что «архитектура ИС, абстрагируясь от конкретной физи- ческой реализации элементов сети и конкретной физической структуры, обобщает информационную, логическую, маршрут- ную структуры, определяет модель ИС, основные компоненты этой модели и функции выполняемые ими». То есть в этом случае из понятия «архитектура ИС» исключается физическая структу- ра сети, но оно дополняется информационной и маршрутной структурами. Физическую структуру ИС определяет совокупность ин- формационных узлов сети и соединяющих их физических кана- лов передачи информации. Физическая структура сети характе- ризует физическую организацию технических средств ИС. Она описывает множество пространственно распределенных инфор- мационных подсистем (узлов), реализующих ту или иную сово- купность информационных процессов 1 и оснащенных программ- но-аппаратными средствами их реализации, соединенных физи- ческими каналами передачи информации (каналами связи), обес- печивающими взаимодействие этих подсистем. Логическая структура ИС определяется множеством ти- пов информационных процессов, реализуемых сетью, функцио- нальными возможностями этих процессов по обработке и обмену информацией, правилами обмена и обработки информации, фор- матами её представления [2]. Логическая структура описывает принципы построения ИС, состав и типы реализуемых в ней ин- формационных процессов; распределение их по элементам ИС; порядок и правила взаимодействия информационных процессов при обработке и обмене информацией, используемые при этом правила взаимосвязи (протоколы) и формы представления ин- формации (форматы). 1 Информационный процесс – последовательность действий (опе- раций), производимых над информацией для достижения поставленной цели или получения какого-либо иного результата. 12 Программная структура ИС во многом определяется ее логической структурой, функциями, реализуемыми элементами сети. С другой стороны, связи между компонентами сетевого ПО во многом зависят от физической структуры сети. Программная структура ИС имеет многоуровневую иерархическую организа- цию, обусловленную необходимостью минимизации затрат на модификацию сетевого ПО в случае изменения состава сетевого оборудования. Кроме того, любые возможные изменения физиче- ской структуры ИС не должны влиять на работу приложений пользователей, использующих сетевые ресурсы. Поскольку в рамках настоящего пособия будем придержи- ваться первого, более распространенного, варианта трактовки понятия «архитектура ИС», понятия «информационная» и «маршрутная» структуры сети здесь не рассматриваются. С ними подробно можно ознакомиться в [2]. Наряду с понятием «архитектура ИС» отдельно определяют понятие «функциональной архитектуры сети» как части обшей архитектуры, которая для конкретной модели в целом и ее ком- понент в частности, определяет их функциональную наполнен- ность и принципы функционирования. 2.2. Многоуровневый подход к организации сетевого взаимодействия Организация взаимодействия пользователей в ходе решения прикладных задач (выполнения приложений) в сети является комплексной проблемой. Для решения подобных проблем (задач) довольно часто используется универсальный прием – декомпози- ция, то есть разбиение сложной задачи на несколько простых за- дач-модулей [5]. Процедура декомпозиции включает в себя четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную за- дачу, и установление связей между ними (организацию интерфей- сов). В результате, с одной стороны, достигается логическое упро- щение задачи, а с другой – появляется возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы. В ходе декомпозиции часто используют многоуровневый подход, заключающийся в том, что всё множество модулей раз- 13 бивают на несколько уровней. Уровни образуют иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни. Множество модулей, составляющих каждый уровень, организовано так, что при выполнении «своих» задач они обращаются с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижележа- щего уровня. С другой стороны, результаты работы модулей, принадлежащих некоторому уровню, могут быть переданы толь- ко модулям соседнего вышележащего уровня. Иерархическая де- композиция задачи предполагает четкое определение функций модулей каждого уровня и организации интерфейсов между уровнями. В результате иерархической декомпозиции достигает- ся относительная независимость уровней, а значит, и возмож- ность модификации или замены отдельных модулей без измене- ния системы в целом. Средства сетевого взаимодействия также могут быть пред- ставлены в виде иерархически организованного множества моду- лей. При этом модули нижнего уровня могут, например, решать вопросы, связанные с надежной передачей электрических сигна- лов между соседними узлами. Модули более высокого уровня ор- ганизуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, пользуясь для этого средствами упомянутого нижележащего уровня. А на верхнем уровне работают модули, предоставляющие пользователям доступ к различным службам – файловой, почто- вой, печати и др. Такое разбиение на уровни – лишь один из множества возможных вариантов декомпозиции общей задачи организации сетевого взаимодействия на частные подзадачи. Многоуровневое представление средств сетевого взаимо- действия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют два узла, причем, в общем слу- чае, с разными аппаратно-программными платформами. В таком случае необходимо организовать согласованную работу двух иерархических систем. Для сетевого обмена сообщениями оба его участника должны принять множество соглашений. В том числе, они должны согласовать уровни и форму электрических сигна- лов; способ кодирования сообщений и способ определения их длины; договориться о методах контроля достоверности и т.п. 14 Иными словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого – уровня передачи сигналов, кодирующих биты, до самого высокого, реализующего тот или иной сервис для пользователей сети. На рис.2.1 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены тремя уровнями. Процедура взаимодействия этих узлов описывается набором правил взаимодействия каждой пары одинаковых уров- ней узлов-участников информационного обмена, то есть протоко- лом 2 Рис.2.1. Трехуровневая модель взаимодействия узлов сети Модули, реализующие протоколы соседних уровней и нахо- дящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в со- ответствии с четко определенными правилами и с помощью стан- дартизованных форматов сообщений. Эти правила принято назы- вать интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предо- ставляемых некоторым уровнем соседнему уровню этого же узла. В терминологии сетевого взаимодействия понятия «прото- 2 |