ИТ. Лекция 1_Информационные технологии. Оглавление введение в информационные технологии 2Понятие информационной технологии 2Составляющие информационных технологий
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
§ 4. Сетевые и распределенные ИТ Открытые системы Система — это совокупность взаимодействующих элементов (компонентов). Сис- тема может выступать в качестве компонента другой, более сложной системы, которая в свою очередь может быть компонентом системы следующего уровня. Открытая система — это система, состоящая из компонентов, которые взаимодей- ствуют друг с другом через стандартные интерфейсы. Главным преимуществом подхода открытых систем является упрощение комплекси- рования вычислительных систем за счет международной и национальной стандартизации аппаратных и программных интерфейсов, служб и поддерживаемых форматов. Открытые системы приобретают особое значение и масштабность в связи с бурным развитием тех- нологий глобальных коммуникаций. Свойства открытых систем: — расширяемость/масштабируемость; — мобильность (переносимость) — простота переноса информационной системы на лю- бую аппаратно-программную платформу, соответствующую стандартам; — интероперабельность (способность к взаимодействию с другими системами); — дружественность к пользователю, в том числе легкая управляемость. Подход открытых систем обеспечивает преимущества для разного рода ИТ- специалистов. Для пользователя (заказчика) открытые системы обеспечивают: z возможность постепенного наращивания вычислительных, информационных и дру- гих мощностей компьютерной системы (пользователи могут постепенно заменять компоненты системы на более совершенные); z освобождение от зависимости от одного поставщика аппаратных или программных средств, возможность выбора продуктов из предложенных на рынке при условии со- блюдения поставщиком соответствующих стандартов открытых систем; z дружественность среды, в которой работает пользователь, мобильность персонала в процессе эволюции системы; возможность использования информационных ресур- сов, имеющихся в других системах (организациях). Проектировщик информационных систем получает возможность использования раз- ных аппаратных платформ; возможность совместного использования прикладных про- грамм, реализованных в разных операционных системах; развитые средства инструмен- тальных сред, поддерживающих проектирование; возможности использования готовых программных продуктов и информационных ресурсов. Разработчики системных про- граммных средств имеют: новые возможности разделения труда, благодаря повторному использованию программ; развитые инструментальные среды и системы программирова- 55 ния; возможности модульной организации программных комплексов благодаря стандар- тизации программных интерфейсов. Модель взаимосвязи открытых систем (ISO/OSI) Протоколом называется набор соглашений, принятый двумя взаимодействующими системами. Интерфейс — набор соглашений, принятый двумя (или более) взаимодейст- вующими элементами одной системы. Открытые системы используют стандартные протоколы и интерфейсы. Особое зна- чение подход открытых систем приобретает в случае сетевого взаимодействия. Международная организация по стандартизации (ISO), основываясь на опыте мно- гомашинных систем, который был накоплен в разных странах, выдвинула концепцию ар- хитектуры открытых систем OSI — эталонную модель, используемую при разработке ме- ждународных стандартов. Модель определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Модель состоит из семи уровней (рис. 4.1.). Рис. 4.1. Семиуровневая модель ISO / OSI. Сетевым протоколом называется набор правил, по которым взаимодействуют друг с другом одинаковые уровни двух систем (расположенных на разных узлах сети). Сетевой интерфейс — это набор правил, по которым взаимодействуют между собой два смежных уровня одной системы. 56 1. Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или циф- ровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физи- ческих сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, вол- новое сопротивление и др. Принципиальными вопросами здесь являются следующие: ка- кое напряжение должно использоваться для отображения единицы, а какое — нуля; сколько микросекунд длится бит; может ли передача одновременно производиться в двух направлениях; как устанавливается начальная связь и как она прекращается, когда обе стороны закончили свои задачи; из какого количества проводов должен состоять кабель и каковы функции каждого провода. 2. Канальный уровень. Одна из задач — проверка доступности среды передачи (в не- которых сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколь- кими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята). Другой задачей является реализация механизмов обнаружения и коррекции оши- бок. Для этого биты группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, вычисляя для него контрольную сумму и добавляя ее к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если не совпада- ют, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Кроме того, на ка- нальном уровне вводится адресация узлов в пределах одной сети. 3. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объеди- няющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно разные прин- ципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Должны решаться проблемы с разными способами адресации в различных сетях и разными ограничениями на размер передаваемых пакетов. Важнейшим моментом здесь является определение маршрутов пересылки пакетов от источника к пункту назначения. Для этого используются устройства, называемые маршрутизаторами. Маршрутизаторы физически соединяют сети между собой, а, кроме того, постоянно собирают информацию о топологии сетевых соединений и на ее основании пересылают пакеты в сеть назначения. Одним из протоколов сетевого уровня является протокол IP, лежащий в основе Интернета. 4. Транспортный уровень. Основная функция — принять данные от сеансового уровня, разбить их при необходимости на небольшие части, передать их сетевому уровню и гарантировать, что эти части в правильном виде прибудут по назначению. Таким обра- зом, транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уровням модели пе- редачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Примером протокола транспортного уровня может служить TCP. 5. Сеансовый уровень обеспечивает управление взаимодействием: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. 57 Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала. На практике им пользуются редко. 6. Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представле- нии данных или же различия в кодах символов. На этом уровне может выполняться шиф- рование и дешифрование данных, благодаря которым секретность обмена данными обес- печивается сразу для всех прикладных служб (например, протокол SSL). 7. Прикладной уровень — это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые web-страницы, а также организуют свою совместную работу, напри- мер, по протоколу электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением. Технологии Интернет Интернет — это глобальная информационная система, которая: — логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, осно- ванных на Internet-протоколе (IP) или на последующих расширениях или преемниках IP; — способна поддерживать коммуникации с использованием семейства TCP/IP или его последующих преемников, а также других IP-совместимых протоколов; — обеспечивает, использует или делает доступной на общественной или частной ос- нове высокоуровневые сервисы, надстроенные над коммуникационной и иной связанной с ней инфраструктурой. Интернет не является глобальной сетью. Это технология, объединяющая разнооб- разные сети на основе семейства протоколов TCP/IP, как глобальные, так и локальные — т.е. своего рода сеть сетей. На прикладном уровне Интернета широко распространены следующие технологии: — электронная почта; — система файловых архивов FTP; — система телеконференций Usenet; — всемирная паутина WWW. Остановимся подробнее на последней технологии. World Wide Web — набор гипертекстовых документов, хранящихся на постоянно подключенных к Интернету компьютерах и связанных друг с другом многочисленными гиперссылками. Гипертекстовый документ — это документ, содержащий гиперссылки, как правило, написан на языке HTML. Гиперссылка — это отображение, которое фрагмен- ту документа ставит в соответствие другой документ (или место в документе). На практи- 58 ке реализуется в виде активной области документа (например, несколько подчеркнутых слов), щелчок по которой приводит к загрузке нового документа. Набор гипертекстовых документов представляет собой информационное обеспече- ние технологии. Техническим обеспечением служат узлы, подключенные к Интернету, линии связи, маршрутизаторы и т.д. Программное обеспечение WWW включает в себя: — программы-клиенты, в том числе интернет-браузеры (Microsoft Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox); — серверы протокола обмена гипертекстовой информацией HTTP (Apache); — программы подготовки публикаций (FrontPage, DreamWeaver); — поисковые машины (Yandex, Google); — программы анализа статистики посещений и т.д. Интранет Интранет (корпоративная сеть) — это внутренняя, частная сеть организации, ос- нованная на использовании Интернет-протоколов (TCP/IP) и технологий для обмена и со- вместного использования информации внутри этой организации. Корпоративная сеть может иметь выход в Интернет, но при этом защищеная от дос- тупа к своим ресурсам со стороны внешних пользователей. Основные возможности интранет обеспечиваются интернет-технологиями, в осо- бенности, веб-технологией: гипертекст в формате HTML, протокол передачи гипертекста HTTP, веб-сервера, использование браузера для просмотра гипертекстовых документов. Широко используется электронная почта. Возможна организация сервера новостей, IP- телефонии. Наиболее типично применение интранет-технологий для создания корпоративного внутреннего сайта, доступного с компьютеров сотрудников организации и «невидимого» за пределами корпоративной сети. Через этот сайт может распространяться такая инфор- мация, как: — списки сотрудников, телефоны партнеров и заказчиков; — текущие задания для менеджеров, календарь событий; — корпоративный каталог; — служебные инструкции, внутренние правила, стандарты и т.д. Преимущества веб-сайта в Интранет перед клиентскими программами архитек- туры клиент-сервер: — Не требуется установка программы-клиента на компьютерах пользователей (в ка- честве неё используется браузер). При изменениях функциональности корпоративной ин- формационной системы обновление клиентского ПО также не требуется. 59 — Кросс-платформенная совместимость: браузеры функционируют и стандартно отображают информацию на различных платформах (Windows, Mac, Linux). Беспроводные технологии Современные беспроводные сети можно разбить на три категории: 1. Взаимодействующие системы. Под взаимодействующими системами понимается, прежде всего, связывание между собой компонентов компьютера с использованием радиоволн малого радиуса действия. Любой компьютер состоит из нескольких частей: монитора, клавиатуры, мыши, принте- ра... Каждое из этих внешних устройств, как известно, подсоединяется к системному бло- ку с помощью кабелей. Несколько компаний одна за другой пришли к идее создания бес- проводной системы Bluetooth, предназначенной для того, чтобы избавить компоненты компьютера от кабелей и разъемов. С помощью Bluetooth можно подключать к компьюте- ру практически любые цифровые устройства, располагающиеся недалеко от системного блока. Как правило, взаимодействие внутри системы подчиняется принципу «главный — подчиненный». Системный блок выступает в роли главного устройства, а все прочие — в роли подчиненных. Именно системный блок назначает адреса устройств, определяет мо- менты, в которые они могут «вещать», ограничивает время передачи, задает диапазоны рабочих частот и т.д. Характерными чертами Bluetooth являются многоточечность (т.е. в сети могут при- сутствовать не два устройства, а несколько), отсутствие необходимости в прямой видимо- сти (т.к. используются частоты порядка 2,44 ГГц), дальность от 10 м. 2. Беспроводные ЛВС (LAN). В беспроводных локальных вычислительных сетях каждый компьютер оборудован радиомодемом и антенной, с их помощью он может обмениваться данными с другими компьютерами. Иногда есть общая антенна, расположенная на потолке, и передача дан- ных происходит через нее, но если рабочие станции сети расположены достаточно близко, то обычно используют одноранговую конфигурацию. Беспроводные сети все шире ис- пользуются в бизнесе и для домашних целей, где прокладывать Ethernet нет никакого смысла, а также в старых зданиях, арендуемых под офисы, в кафетериях, в офисных цен- трах, конференц-залах и других местах. Самый популярный стандарт беспроводных се- тей — IEEE 802.11 или WiFi. 3. Беспроводные глобальные сети (WAN). Примером может служить система сотовой связи, являющаяся на самом деле низ- копроизводительной цифровой беспроводной сетью. Выделяют уже целых три поколения сотовой связи. Первые сотовые сети были аналоговыми и предназначались только для пе- редачи речи. Второе поколение было уже цифровым, но ничего, кроме речи, передавать по-прежнему было нельзя. Наконец, современное, третье поколение — цифровое, причем появилась возможность передачи как голоса, так и других данных. В некотором смысле, сотовые сети — это те же беспроводные ЛВС, разница лишь в зоне охвата и более низкой 60 скорости передачи. Если обычные беспроводные сети могут работать со скоростью до 50 Мбит/с на расстоянии десятков метров, то сотовые системы передают данные на скорости 1 Мбит/с, но расстояние от базовой станции до компьютера или телефона исчисляется ки- лометрами, а не метрами. В мобильной телефонной системе географический регион охвата делится на соты, размер которых составляет порядка 10 км. В центре каждой соты располагается базовая станция, с которой связываются все телефоны, находящиеся в ее зоне действия. Сами ба- зовые станции связаны друг с другом стандартными сетевыми средствами. В каждый мо- мент времени мобильный телефон логически находится в зоне действия одной ячейки и управляется базовой станцией этой ячейки. Когда телефон физически покидает ячейку, его базовая станция замечает ослабление сигнала и опрашивает все окружающие станции, насколько хорошо они слышат сигнал этого телефона. Затем базовая станция передает управление данным телефоном ячейке, получающей от нее наиболее сильный сигнал, та- ким образом определяя ячейку, в которую переместился мобильный телефон. После этого телефон информируется о переходе в ведение новой БС, и если в этот момент ведется раз- говор, телефону будет предложено переключиться на новый канал (поскольку в соседних сотах одинаковые частотные каналы не используются). Подобный процесс называется пе- редачей и занимает около 300 мс. Назначение канала осуществляет коммутатор мобиль- ных телефонов MTSO, являющийся центральным нервом системы. Базовые станции пред- ставляют собой всего лишь радиоретрансляторы. Передача может осуществляться двумя способами. При мягкой передаче телефон переходит в ведение новой базовой станции еще до ухода со старой. При этом не происходит даже кратковременного пропадания связи. Недостатком такого метода является то, что в момент перехода с одной БС на другую те- лефон должен работать одновременно на двух частотах. Телефоны первого и второго по- коления этого делать не умеют. При жесткой передаче старая базовая станция обрывает связь с телефоном до того, как новая взяла его под свою опеку. Если последняя не может в течение какого-то времени наладить связь с телефоном (например, по причине отсутствия свободных частот, то разговор может оборваться. Среди технологий передачи данных, используемых в сотовых сетях, следует выде- лить GPRS. Она работает как надстройка над существующей голосовой системой. Неко- торые временные интервалы на некоторых частотах резервируются под пакетный трафик и параллельно с голосом можно передавать IP-пакеты. Другая технология называется EDGE и представляет собой обычный GSM (глобальная система мобильной связи) с уве- личенным числом бит на бод. Понятие и свойства распределенной системы Распределенная система — это набор независимых компьютеров, представляющий- ся их пользователям единой объединенной системой. 61 Рассмотрим Всемирную паутину (World Wide Web). Она предоставляет простую, це- лостную и единообразную модель распределенных документов. Чтобы увидеть документ, пользователю достаточно активизировать ссылку, после чего документ появляется на эк- ране. Для публикации документа требуется задать ему уникальное имя в форме URL, ко- торое ссылается на локальный файл с содержимым документа. Всемирная паутина могла бы служить образцовым примером распределенной системы, если бы она представлялась своим пользователям гигантской централизованной системой документооборота. Однако, пользуясь ею, пользователи сознают, что документы находятся в различных местах и рас- пределены по различным серверам. Перечислим основные свойства распределенных систем: 1. Соединение пользователей с ресурсами Основная задача распределенных систем — облегчить пользователям доступ к уда- ленным ресурсам и обеспечить их совместное использование, регулируя этот процесс. Для совместного использования ресурсов существует множество причин, в частно- сти — экономичность. Например, гораздо дешевле разрешить совместную работу с прин- тером нескольких пользователей, чем покупать и обслуживать отдельный принтер для ка- ждого пользователя. Точно так же имеет смысл совместно использовать дорогие ресурсы, такие как суперкомпьютеры или высокопроизводительные хранилища данных. 2. Прозрачность Важная задача распределенных систем состоит в том, чтобы скрыть тот факт, что процессы и ресурсы физически распределены по множеству компьютеров. Системы, ко- торые представляются пользователям и приложениям в виде единой компьютерной сис- темы, называются прозрачными. Концепция прозрачности применима к различным аспектам распределенных систем. • прозрачность доступа (скрывается разница в представлении данных и доступе к ресурсам) • прозрачность местоположения (скрывается местоположение ресурса) • прозрачность переноса (скрывается факт перемещения ресурса в другое место) • прозрачность репликации (скрывается факт репликации ресурса) • прозрачность параллельного доступа (скрывается факт возможного совместно- го использования ресурса несколькими конкурирующими пользователями) • прозрачность отказа (скрывается отказ и восстановление ресурса) • прозрачность сохранности (скрывается, хранится программный ресурс на дис- ке или находится в оперативной памяти) 3. Открытость и гибкость Открытая распределенная система — это система, предлагающая службы, вызов которых требует стандартные синтаксис и семантику. Под гибкостью понимается легкость конфигурирования системы, состоящей из раз- личных компонентов, возможно от разных производителей. 62 Не должны вызывать затруднений добавление к системе новых компонентов или замена существующих, при этом прочие компоненты, с которыми не производилось ника- ких действий, должны оставаться неизменными. 4. Масштабируемость Масштабируемость системы может измеряться по трем различным показателям. • а) Масштабируемость по отношению к размеру системы, что означает легкость подключения к ней дополнительных пользователей и ресурсов. • б) Географическая масштабируемость, то есть пользователи и ресурсы могут быть разнесены в пространстве. • в) Масштабируемость в административном смысле, то есть система должна быть проста в управлении при работе во множестве административно незави- симых организаций. Одна из важных технологий масштабирования — распределение. |