вопросы к зачету. Вопросы к зачету Понятие цифровой (информационной) технологии
 Скачать 165.75 Kb.
|
1-й этап (50-е гг. ХХ в.)Считается, что первую операционную систему создала в начале 50-х гг. для своих компьютеров исследовательская лаборатория фирмы General Motors. Операционные системы 50-х гг. были разработаны с целью ускорения и упрощения перехода с задачи на задачу. До создания этих операционных систем много машинного времени терялось в промежутках между завершением выполнения одной задачи и вводом в решение следующей. Это было начало систем пакетной обработки, которые предусматривали объединение отдельных задач в группы, или пакеты. Запущенная в решение задача получала в свое полное распоряжение все ресурсы машины. После завершения каждой задачи управление ресурсами возвращалось операционной системе, которая обеспечивала ввод и запуск в решение следующей задачи. Уже в первых операционных системах появилась концепция имен системных файлов как средства достижения определенной степени независимости программ от аппаратной части. Это дало пользователю возможность не задавать непосредственно в программе конкретные номера физических устройств, а указывать стандартный системный файл ввода как устройство, с которого считываются управляющие перфокарты, или стандартный системный файл вывода как устройство для распечатки результатов. К концу 50-х гг. ведущие фирмы-изготовители компьютеров поставляли операционные системы со следующими характеристиками: пакетная обработка одного потока задач; наличие стандартных подпрограмм ввода-вывода, позволяющих пользователю не касаться деталей программирования процессов ввода и вывода на машинном языке; возможность автоматического перехода от программы к программе, позволяющая сократить накладные расходы на запуск новой задачи в решение; наличие средств восстановления после ошибок, обеспечивающих автоматическое восстановление машины в случае аварийного завершения очередной задачи и позволяющих запускать следующую задачу при минимальном вмешательстве оператора ЭВМ; наличие языков управления заданиями, предоставляющих пользователям возможность достаточно подробно описывать свои задания и ресурсы, требуемые для их выполнения. В то время операционные системы использовались главным образом на крупных ЭВМ. Многие из малых машин общего назначения работали без операционной системы. Пользователи подобных малых машин, как правило, производили загрузку собственной системы управления вводом-выводом - небольшого пакета программ, управляющего осуществлением операций ввода-вывода. 2-й этап (60-е гг. ХХ в.)В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным операционным системам: мультипрограммирование; поддержка многотерминального многопользовательского режима; виртуальная память; файловые системы, разграничение доступа; работа в сети. Революционным событием данного этапа явилась промышленная реализация мультипрограммирования. В условиях резко возросших возможностей компьютера по обработке и хранению данных выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным. Решением стало мультипрограммирование. Это усовершенствование значительно улучшило эффективность вычислительной системы. Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах: в системах пакетной обработки; в системах разделения времени. Мультипрограммные системы пакетной обработки так же, как и их однопрограммные предшественники, имели своей целью обеспечение максимальной загрузки аппаратной части компьютера, однако решали эту задачу более эффективно. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. В результате достигалась сбалансированная загрузка всех устройств электронно-вычислительной машины, следовательно, увеличивалось число задач, решаемых в единицу времени. Мультипрограммные системы разделения времени были рассчитаны на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий. Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей - модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержания удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами, сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение - прообразом сетевых операционных систем. В компьютерах 60-х гг. большую часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя операционная система. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратную часть компьютера, непосредственно направленных на поддержку нового способа организации вычислительного процесса. При разделении ресурсов компьютера между программами необходимо обеспечить быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надежно защитить коды и данные одной программы от непреднамеренного или преднамеренного вмешательства другой программы. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую, средства защиты областей памяти, а также развитая система прерываний. В это же время начали появляться методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств. Если в системах первого поколения пользователю, желающему произвести запись данных на магнитную ленту, приходилось в программе задавать конкретный номер физического лентопротяжного устройства, то в системах второго поколения программа пользователя только задавала команду, в соответствии с которой файл должен быть записан на устройстве, имеющем определенное число дорожек и определенную плотность записи. Операционная система сама находила свободное устройство с требуемыми характеристиками и давала оператору ЭВМ указание установить кассету магнитной ленты на это устройство. Появились первые системы реального времени, в которых компьютеры применялись для управления технологическими процессами производства, например на предприятиях по переработке нефти. Были созданы военные системы реального времени, которые обеспечивали постоянный контроль сразу нескольких тысяч пунктов для защиты от внезапного воздушного нападения. Для систем реального времени характерно то, что они обеспечивают немедленную реакцию на предусмотренные события. Если, например, от датчиков системы управления нефтеперерабатывающего предприятия поступят сигналы о том, что температура становится слишком высокой, то может потребоваться немедленное принятие соответствующих мер для предотвращения взрыва. 3-й этап (70-80-е гг. ХХ в.)В начале 70-х гг. появились первые сетевые операционные системы, которые в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, объединенными каналами связи. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки. Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с самого появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены в конце 60-х - начале 70-х гг., когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры часто хранили уникальные данные и программы, доступ к которым необходимо было обеспечить широкому кругу пользователей, находившихся в различных городах на значительном расстоянии от вычислительных центров. К середине 70-х гг. широкое распространение получили мини-компьютеры. Мини-компьютеры первыми использовали преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера. Многие функции мультипрограммных многопользовательских ОС были усечены, учитывая ограниченность ресурсов мини-компьютеров. Операционные системы мини-компьютеров часто стали делать специализированными, например, только для управления в режиме реального времени или только для поддержания режима разделения времени. Важной вехой в истории операционных систем явилось создание операционной системы UNIX. Первоначально эта операционная система предназначалась для поддержания режима разделения времени в мини-компьютере. С середины 70-х гг. началось массовое использование ОС UNIX. К этому времени программный код для UNIX был в основном написан на языке высокого уровня Си. Широкое распространение эффективных Си-компиляторов сделало UNIX уникальной для того времени операционной системой, обладающей возможностью сравнительно легкого переноса на различные типы компьютеров. Поскольку эта операционная система поставлялась вместе с исходными кодами, то она стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи. Хотя UNIX была первоначально разработана для мини-компьютеров, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров: суперкомпьютерах, мэйнфреймах, мини-компьютерах, серверах и рабочих станциях, персональных компьютерах. Независимо от версии, общими для UNIX чертами являются: многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа; реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени; унификация операций ввода-вывода; иерархическая файловая система, образующая единое дерево каталогов независимо от количества физических устройств, используемых для размещения файлов; переносимость системы; разнообразные средства взаимодействия процессов, в том числе и через сеть. 4-й этап (с начала 90-х гг. ХХ в. - по настоящее время)В 90-е гг. практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. В настоящее время сетевые функции встраиваются в ядро операционной системы, являясь ее неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных и глобальных сетей, а также средства для создания составных сетей. В операционных системах используются специальные средства, с помощью которых компьютеры могут поддерживать одновременную сетевую работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные операционные системы, которые предназначались исключительно для выполнения коммуникационных задач. Во второй половине 90-х гг. все производители операционных систем резко усилили поддержку работы с Internet: в комплект поставки начали включать утилиты, реализующие такие популярные сервисы Internet, как telnet, ftp, WWW и др. Особое внимание в течение всех последних десятилетий уделяется корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для большинства предприятий, имеющих отделения в разных городах и странах. Таким сетям присуща высокая степень неоднородности программных и аппаратных средств, поэтому корпоративная ОС должна взаимодействовать с операционными системами разных типов и работать на различных аппаратных платформах. На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой на персональном компьютере, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по сети Internet. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрование данных, аутентификации и авторизации пользователей. Современным операционным системам присуща многоплатформенность, т. е. способность работать на различных типах компьютеров. Многие ОС имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость. В последние годы получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Усилия человека не должны тратиться на настройку параметров вычислительного процесса, как это происходило в операционных системах предыдущих поколений. Например, в системах пакетной обработки каждый пользователь должен был с помощью языка управления заданиями определить большое количество параметров, относящихся к организации вычислительных процессов в компьютере. Постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путем включения в операционные системы развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Пользовательский интерфейс ОС становится все более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения. Прикладные решения и средства их разработки Средства разработки прикладных решений - это очень важная часть платформы персонального компьютера. От гибкости, богатства, удобства и надежности этих средств зависит популярность платформы. Платформа без средств разработки приложений под нее перестает существовать. Все поставщики платформ поставляют и средства разработки прикладных решений в той или иной форме. Производители операционных систем предлагают всевозможные компиляторы и интерпретаторы, системы управления базами данных, системы организации взаимодействия (например, электронная почта). Конечно, решения для популярных операционных систем предлагают не только фирмы-создатели, но и другие фирмы-разработчики. Для платформ, у которых возможности осуществления разработки решений непосредственно на них ограничены (например, для сотовых телефонов), производители предлагают средства разработки, функционирующие под популярной и мощной операционной системой (Windows, Linux). В дополнение к этим средствам предлагается эмулятор целевой платформы, на котором можно отладить решение, не используя целевую платформу непосредственно. Сегодня наиболее популярны решения, обеспечивающие независимость не только от аппаратной составляющей платформы, но и от ОС (Java, Net и другие). Основная идея этих платформ состоит в создании «виртуальной машины» - программного комплекса, функционирующего на конкретной аппаратной платформе и на конкретной ОС. Прикладную программу обрабатывает виртуальная машины, которая преобразует виртуальные команды в команды конкретной программно-аппаратной платформы. Единственное условие – наличие виртуальной машины для конкретного программно-аппаратного решения. Существует определенный класс программных продуктов, который можно назвать конструкторами. Их использование не ограничено какой-то определенной предметной областью, они в этом отношении носят универсальный характер. Средства разработки прикладных решений - это очень важная часть платформы персонального компьютера. От гибкости, богатства, удобства и надежности этих средств зависит популярность платформы. Платформа без средств разработки приложений под нее перестает существовать. Все поставщики платформ поставляют и средства разработки прикладных решений в той или иной форме. Производители операционных систем предлагают всевозможные компиляторы и интерпретаторы, системы управления базами данных, системы организации взаимодействия (например, электронная почта). Конечно, решения для популярных операционных систем предлагают не только фирмы-создатели, но и другие фирмы-разработчики. Для платформ, у которых возможности осуществления разработки решений непосредственно на них ограничены (например, для сотовых телефонов), производители предлагают средства разработки, функционирующие под популярной и мощной операционной системой (Windows, Linux). В дополнение к этим средствам предлагается эмулятор целевой платформы, на котором можно отладить решение, не используя целевую платформу непосредственно. В настоящее время набирают популярность решения, обеспечивающие независимость разрабатываемых прикладных решений не только от аппаратной составляющей платформы, но и от операционной системы. Самые популярные решения подобного рода - Java и Net. Основная идея этих платформ состоит в создании "виртуальной машины" - специального программного комплекса, функционирующего на конкретной аппаратной платформе и на конкретной операционной системе. Прикладную программу обрабатывает виртуальная машина, которая преобразует "виртуальные команды" в команды конкретной программно-аппаратной платформы. В итоге получается, что программа для виртуальной машины функционирует на множестве связок "аппаратная часть - операционная система" без переделки. Единственное условие - наличие виртуальной машины для конкретного программно-аппаратного решения. Самая распространенная аппаратно-независимая платформа - Java. Существует определенный класс программных продуктов - конструкторов, использование которых ограничено какой-либо предметной областью. Эти продукты реализуют не только базовую функциональность, но и гибкие средства создания решений в определенной области деятельности. Такие программные продукты зачастую называются прикладными платформами. Под прикладной платформой понимаются среда исполнения и набор технологических решений, используемых в качестве основы для построения определенного круга приложений. Фактически приложения базируются на нескольких платформах, образующих многослойную среду. При этом важно, что платформа предоставляет разработчику определенную модель, как правило, изолирующую его от понятий и подробностей более низкоуровневых технологий и платформ. Ключевым качеством прикладной платформы является достаточность ее средств для решения задач, стоящих перед бизнес-приложениями. Это обеспечивает хорошую согласованность всех технологий и инструментов, которыми пользуется разработчик. Другой важный момент - стандартизация. Наличие единой прикладной платформы для большого количества прикладных решений способствует формированию общего "культурного слоя", включающего и людей (программистов, аналитиков, пользователей), и методологию (типовые структуры данных, алгоритмы, пользовательские интерфейсы). Опираясь на этот "культурный слой", разработчик тратит минимум усилий на поиск необходимого решения практически в любой ситуации, начиная от включения в проект нового специалиста и кончая реализацией какой-либо подсистемы бизнес-приложения по типовой методологии. Типичный представитель специальных прикладных платформ - система "1С: Предприятие". Сама по себе система является гибким, настраиваемым под нужды конкретного предприятия конструктором, предоставляющим разработчику решений "более прикладные" методы и средства по сравнению с традиционными языками программирования, т. е. такая платформа представляет собой набор различных механизмов, используемых для автоматизации экономической деятельности и не зависящих от конкретного законодательства и методологии учета. Существуют комплексные прикладные системы масштаба корпораций, которые являются основой для надежного ведения крупного бизнеса, так называемые ERP-системы (Enterprise Resource Planning Systems). Эти системы также являются прикладной платформой, гибко настраиваемой в своей предметной области. Критерии выбора платформы. Выбор платформы представляет собой чрезвычайно сложную задачу, которая состоит из двух частей:
Существует несколько причин, в силу которых достаточно сложно оценить возможности платформы с выбранным набором компонентов, которые включаются в систему: подобная оценка прогнозирует будущее: предполагаемую комбинацию устройств, будущее использование программного обеспечения, будущих пользователей; конфигурация аппаратных и программных средств связана с определением множества разнородных по своей сути компонентов системы, в результате чего сложность быстро увеличивается; скорость технологических усовершенствований аппаратных средств, функциональной организации системы, операционных систем очень высокая и постоянно растет. Ко времени, когда какой-либо компонент широко используется и хорошо изучен, он часто рассматривается как устаревший. доступная потребителю информация об аппаратном обеспечении, операционных системах, программном обеспечении носит общий характер. Структура аппаратных средств, на базе которых работают программные системы, стала настолько сложной, что эксперты в одной области редко являются таковыми в другой. Выбор той или иной платформы и конфигурации определяется рядом критериев. К ним относятся: Отношение стоимость-производительность. Надежность и отказоустойчивость. Масштабируемость. Совместимость и мобильность программного обеспечения. Отношение стоимость-производительность. Появление любого нового направления в вычислительной технике определяется требованиями компьютерного рынка. Поэтому у разработчиков компьютеров нет одной единственной цели. Мейнфрейм или суперкомпьютер стоят дорого, т. к. для достижения поставленных целей при проектировании высокопроизводительных конструкций приходится игнорировать стоимостные характеристики. Другим крайним примером может служить низкостоимостная конструкция, где производительность принесена в жертву для достижения низкой стоимости. К этому направлению относятся персональные компьютеры. Между этими двумя крайними направлениями находятся конструкции, основанные на отношении стоимость-производительность, в которых разработчики находят баланс между стоимостными параметрами и производительностью. Типичными примерами такого рода компьютеров являются мини-компьютеры и рабочие станции. Надежность и отказоустойчивость. Важнейшей характеристикой аппаратной платформы является надежность. Повышение надежности основано на принципе предотвращения неисправностей путем снижения интенсивности отказов и сбоев за счет применения электронных схем и компонентов с высокой и сверхвысокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечение тепловых режимов их работы, а также за счет совершенствования методов сборки аппаратной части персонального компьютера. Введение отказоустойчивости требует избыточного аппаратного и программного обеспечения. Структура многопроцессорных и многомашинных систем приспособлена к автоматической реконфигурации и обеспечивает возможность продолжения работы системы после возникновения неисправностей. Понятие надежности включает не только аппаратные средства, но и программное обеспечение. Главной целью повышения надежности систем является целостность хранимых в них данных. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующими средствами программного обеспечения. Добавление каждого нового процессора в действительно масштабируемой системе должно давать прогнозируемое увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. В действительности реальное увеличение производительности трудно оценить заранее, поскольку оно в значительной степени зависит от динамики поведения прикладных задач. Возможность масштабирования системы определяется не только архитектурой аппаратных средств, но и зависит от заложенных свойств программного обеспечения. Простой переход, например, на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы. Это означает, что действительно масштабируемая система должна быть сбалансирована по всем параметрам. Совместимость и мобильность программного обеспечения. В настоящее время одним из наиболее важных факторов, определяющих современные тенденции в развитии информационных технологий, является ориентация компаний-поставщиков компьютерного оборудования на рынок прикладных программных средств. Это объясняется прежде всего тем, что для конечного пользователя в конце концов важно программное обеспечение, позволяющее решить его задачи, а не выбор той или иной аппаратной платформы. Переход от однородных сетей программно-совместимых компьютеров к построению неоднородных сетей, включающих компьютеры разных фирм-производителей, в корне изменил и точку зрения на саму сеть: из сравнительно простого средства обмена информацией она превратилась в средство интеграции отдельных ресурсов - мощную распределенную вычислительную систему, каждый элемент которой лучше всего соответствует требованиям конкретной прикладной задачи. Концепция открытых систем Идеологию открытых систем реализуют в своих последних разработках все ведущие фирмы-поставщики средств вычислительной техники, передачи информации и программного обеспечения. Их результативность на рынке информационных технологий и систем определяется согласованной научно-технической политикой и реализацией стандартов открытых систем. Открытыми системами могут являться как конечные, так и промежуточные системы, к которым предъявляются следующие требования: возможность переноса прикладных программ, разработанных должным образом с минимальными изменениями, на широкий диапазон систем; совместную работу с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах; взаимодействие с пользователями в стиле, облегчающем переход от системы к системе. Свойства открытых систем Переносимость прикладного программного обеспечения и повторная применимость программного обеспечения. Под переносимостью приложений понимается перенос всего соответствующего данному приложению программного обеспечения на другие платформы. Под повторной применимостью программного обеспечения понимается перенос в новые приложения некоторой части работающих программ, что также имеет большое практическое значение и непосредственно относится к целям открытости систем. Переносимость данных означает возможность переноса на новые прикладные платформы данных, хранящихся во внешней памяти существующих систем информационных технологий. Переносимость данных обеспечивается применением в открытых системах стандартов, строго регламентирующих форматы и способы представления данных. Функциональная совместимость (интероперабельность) прикладного программного обеспечения - это возможность обмена данными между различными прикладными программами, в том числе между программами, реализуемыми на разнородных прикладных платформах, а также возможность совместного использования данных. Функциональная совместимость (интероперабельность) управления и безопасности - это унификация и целостность средств административного управления и управления информационной безопасностью, т. е. для обеспечения интеграции систем их средства административного управления и средства защиты должны строиться в соответствии с международными стандартами. Переносимость пользователей - это обеспечение возможности для пользователей информационных технологий избежать необходимости переобучения при взаимодействии с системами, реализованными на основе различных платформ. Расширяемость - это способность системы эволюционировать с учетом изменений стандартов, технологий и пользовательских требований. Масштабируемость - свойство системы, позволяющее ей эффективно работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы (примерами таких характеристик могут служить: число процессоров, число узлов сети, максимальное число обслуживаемых пользователей). Прозрачность реализаций - это способ построения системы, при котором все особенности ее реализации скрываются за стандартными интерфейсами, что и обеспечивает свойство прозрачности реализаций информационных технологий для конечных пользователей систем. Поддержка пользовательских требований - это точная спецификация пользовательских требований, определенных в виде наборов сервисов, предоставляемых открытыми системами приложениям пользователей. Сущность технологии открытых систем состоит в обеспечении возможности переносимости прикладных программ между различными платформами и взаимодействия систем друг с другом. Эта возможность достигается за счет использования международных стандартов на все программные и аппаратные интерфейсы между компонентами систем. Виды стандартов информационных технологий Стандарт де-факто означает, что продукт или система какого-то конкретного производителя захватили значительную часть рынка и другие производители стремятся эмулировать, копировать или использовать их с тем, чтобы также расширить свой сектор рынка. Стандарт де-юре создается официально аккредитованными организациями по разработке стандартов. Он разрабатывается по правилам достижения соглашения в открытом обсуждении, в котором может принять участие любой желающий. Этапы развития технологии открытых систем
Эталонная модель взаимодействия открытых систем В начале 1980-х гг. Международная организация стандартизации (ISO) и Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ) признали необходимость в создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать реализации взаимодействующих сетей. Предпосылками разработки моделей взаимодействия открытых систем явились: необходимость эталонной системы, которая поможет обеспечить взаимодействие сетевых средств, предлагаемых различными разработчиками; необходимость теоретически обоснованной сетевой модели, решающей задачу перемещения информации между компьютерами различных систем; разбиение общей задачи перемещения информации на более мелкие подзадачи, что позволило бы разработчикам сетевых приложений сконцентрироваться на решении конкретных прикладных задач. В 1984 г. Международная организация стандартизации разработала эталонную модель сети под названием "Взаимодействие открытых систем" (OSI - Open System Interconnection). Взаимодействие двух приложений посредством сети является довольно сложной задачей, которая включает в себя: Поиск приложения, с которым будет производиться обмен информацией. Установление и поддержание связи. Обработка потерь и помех при обмене. Если бы реализация всех необходимых составляющих для обмена информацией лежала бы только на приложениях, то создание последних было бы крайне сложной задачей. Кроме того, возникла бы проблема согласования транспортных средств для приложений, выпущенных различными разработчиками. Модель взаимодействия открытых систем разделяет задачу сетевого обмена на семь более мелких задач, что упрощает решение. Каждая из подзадач сформулирована таким образом, чтобы для её решения требовался минимум внешней информации. Каждый уровень модели взаимодействия открытых систем соответствует своей подзадаче, а значит, каждый уровень модели в достаточной степени автономен. Функционально уровни взаимодействуют на строго иерархической основе: каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая, в свою очередь, сервис у нижестоящего уровня. К основным принципам разработки сетевых уровней, соответствующих модели взаимодействия открытых систем, относятся: Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию. Набор функций, выполняемых сетевым уровнем, приводится в соответствие с общепринятыми международными стандартами. Границы уровня выбираются таким образом, чтобы минимизировать проходящий через них поток данных. Количество сетевых уровней должно быть достаточно большим, чтобы не размещать различные функции на одном и том же уровне и в то же время не усложнять модель, делая её необъятной. Взаимодействие открытых систем на базе эталонной модели 1-й этап. Прикладная программа, которая является источником информации, передает данные верхнему уровню системы, в среде которой она реализована. На этом уровне происходит обработка полученных данных, смысл которой заключается в том, что к информации добавляется заголовок, содержащий служебную информацию, необходимую для адресации сообщения и выполнения контрольных функций. Управляющая информация в форме кодированного заголовка помещается перед фактическими данными, которые должны быть переданы. Этот информационный блок передается в следующий смежный нижестоящий уровень системы. 2-й этап. Каждый уровень системы, принимая информацию от верхнего уровня, добавляет к ней свои данные, которые необходимы для функционирования этого уровня. При прохождении очередного уровня сверху вниз данные получают новый заголовок. Кроме того, по мере продвижения через уровни информация кодируется, постепенно преобразовываясь в сигналы, которые можно передавать по каналам связи. 3-й этап. Нижний уровень системы заголовка к сообщению не добавляет, его функции состоят в передаче информации, представленной в виде последовательности электрических сигналов, по каналу связи. 4-й этап. На принимающей стороне информация проходит снизу вверх, и на каждом уровне соответствующий заголовок сообщения отделяется, поэтому уровень на принимающей стороне получает данные точно в том виде, в котором они были отправлены соответствующим уровнем на противоположной стороне. Полученный заголовок прочитывается, после чего происходит обработка информации в соответствии с командами, содержащимися в этом заголовке. 5-й этап. Верхний уровень принимающей системы передает данные прикладной программе, с которой производится обмен информацией, при этом информационный блок содержит только оригинальный текст, поскольку все заголовки к этому моменту уже отделены от сообщения. Компьютерные сети, их классификация и характеристика. Современные сети можно классифицировать по различным признакам: По удаленности компьютеров: - Локальные LAN (Local Area Network) - сеть в пределах предприятия, учреждения, одной организации. Компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи. - Региональные MAN (Metropolitan Area Network) - объединяют пользователей области, города, небольших стран. В качестве каналов связи используются телефонные линии. Расстояние между узлами сети составляет от 10 до 1000 км. - Глобальные WAN (Wide Area Network) - включают другие глобальные сети, локальные сети, а также отдельно подключаемые к ней компьютеры По назначению и перечню предоставляемых услуг: - Общее использование файлов и принтеров - с помощью специальной ЭВМ (файл-сервер, принтер-сервер) организуется доступ пользователей к файлам и принтерам. - Общее использование баз данных - с помощью специальной ЭВМ (сервер баз данных) организуется доступ пользователей к базе данных. - Применение технологий Интернет - электронная почта, Всемирная паутина, телеконференции, видеоконференции, передача файлов через Интернет. По способу организации взаимодействия: - Одноранговые сети - все компьютеры одноранговой сети равноправны, при этом любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. Главное достоинство одноранговых сетей – это простота установки и эксплуатации. Главный недостаток состоит в том, что в условиях одноранговых сетей затруднено решение вопросов защиты информации. Поэтому такой способ организации сети используется для сетей с небольшим количеством компьютеров и там, где вопрос защиты данных не является принципиальным. - Сети с выделенным сервером (иерархические сети) - при установке сети заранее выделяются один или несколько серверов - компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся: - Необходимость дополнительной ОС для сервера. - Более высокая сложность установки и модернизации сети. - Необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера По технологии использования сервера: - Сети с архитектурой файл-сервер - используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. - Сети с архитектурой клиент-сервер - между приложением-клиентом и приложением-сервером осуществляется обмен данными. Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные: - Низкоскоростные сети - до 10 Мбит/с; - Среднескоростные сети- до 100 Мбит/с; - Высокоскоростные сети - свыше 100 Мбит/с. По типу среды передачи сети разделяются на: - Проводные (на коаксиальном кабеле, на витой паре, оптоволоконные); - Беспроводные с передачей информации по радиоканалам или в инфракрасном диапазоне. По топологии (как соединены компьютеры между собой): - Общая шина; - Звезда; - Кольцо. Характеристика локальных вычислительных сетей (ЛВС), их структура. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет совокупность компьютеров, расположенных на ограниченной территории и объединенных каналами связи для обмена информацией и распределенной обработки данных. Основные компоненты локальной вычислительной сети 1. Рабочая станция - это персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач. 2. Сервер - это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др. 3. Сетевой адаптер (сетевая карта) относится к периферийным устройствам персонального компьютера, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования. 4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия, - повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами. Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть. Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции: объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент; автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т. п.); поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных; защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения) и др. 5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат. Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор - параллельно (одновременно между всеми парами своих портов). 6. Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю. Маршрутизаторы обеспечивают также соединение административно независимых коммуникационных сетей. 7. Шлюз является наиболее сложной ретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семи уровней модели открытых систем. Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, т. к. в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами. В качестве шлюза обычно используется выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети. 8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети. эффективность функционирования локальной вычислительной сети характеризуется:
Топология локальных вычислительных сетей. Топология ЛВС типа звезда Концепция данной топологии ЛВС была заимствована из области больших ЭВМ, когда все данные, полученные с периферийных устройств, обрабатываются главной машиной. При этом обмен данными между периферийными рабочими местами происходит через головную машину, которая является центральным узлом ЛВС. Такая топология локальной вычислительной сети используется, к примеру, электронной почтой RELCOM. Пропускная способность такой локальной вычислительной гарантирована для каждой рабочей станции сети и зависит только от вычислительной мощности узла. Возникновение коллизий в сети такой топологии невозможно. Сети, построенные по топологии «звезда» имеют максимально возможное быстродействие, так как данные между рабочими станциями передаются через центральный узел по отдельным линиям, которые используются исключительно этими станциями. Частота запросов для передачи информации между станциями относительно невелика. Производительность ЛВС находится в прямой зависимости от мощности файлового сервера. Если центральный узел выходит из строя, сеть также прекращает работу. Монтаж кабельного соединения несложен, поскольку каждая рабочая станция связана только с головной машиной, но общая стоимость кабеля может оказаться достаточно большой, и увеличивается в случае расположения главной машины не в центре сети. Для расширения сети необходим монтаж отдельного кабеля от новой рабочей станции к головной машине. Управление сетью осуществляется из ее центра, в центре же реализуется механизм защиты информации. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||