<<
>>

4.5. Телекоммуникационные технологии АИС

Идея расширения функциональных возможностей и масштабов реализации АИС привели к созданию так называемых телекоммуни­кационных технологий, основанных на организации сетевого вза­имодействия вычислительных ресурсов ЭВМ [11,64].
Сеть ЭВМ — это совокупность технических, программных и коммуникационных средств, обеспечивающих эффективное распределение вычислитель­ных ресурсов.

В структурном плане сеть ЭВМ состоит из двух основных элементов, взаимодействующих между собой, — сервера и рабочих станций. В роли сервера выступает центральная ЭВМ (хост-ЭВМ) — узел сети. Сервер располагает и управляет использованием разделяемых ресурсов — БД, внешней памяти, принтеров и др. Рабочие (клиентские) станции пред­ставляют собой профессиональные ЭВМ, предназначенные для работы пользователей в интерактивном режиме с центральной ЭВМ. Это могут быть АРМ, имеющие скромные по сравнению с центральной ЭВМ вы­числительные и информационные ресурсы.

В организации сетевого обмена данными существует несколько схем взаимодействия рабочих станций и сервера.

В схеме «клиент — сервер» рабочая станция (клиент) получает от сервера те функции и те ресурсы, которые необходимы клиенту для решения его задачи. В подобных слу­чаях состав и объем ресурсов обычно обусловлены содержанием запро­са клиента к серверу. Это могут быть прикладные программы, сервис печати документов, файлы, которые соответствуют условию, указанно­му в запросе. Подобная схема широко используется в современных ло­кальных вычислительных сетях. Схема «файл — сервер» представляет собой многопользовательскую систему управления данными. Здесь данные размещаются централизованно, в одном узле вычислительной сети под управлением сервера, а СУБД и другие программные ресурсы имеются на каждой рабочей станции. СУБД ведет обработку данных, а сервер выполняет роль управляющей программы (драйвера) магнит­ного диска, на котором хранятся БД.

Значительное место в сетевом обмене принадлежит серверам БД. К числу основных функций сервера БД относятся: организация разме­щения данных на магнитных носителях, хранение БД, обеспечение до­ступа пользователей к БД, поддержка БД в актуальном состоянии, реор­ганизация БД и др.

Один из способов актуализации БД — транзакция. Транзакция — короткий во времени цикл взаимодействия объектов, включающий запрос, выполнение задания и ответ. В общем смысле транзакция иден­тифицируется входным сообщением, переводящим БД из одного состо­яния в ее другое непротиворечивое (актуальное) состояние. Характер­ный пример транзакции — работа в режиме диалога клиента и сервера. С рабочей станции пользователя направляется задание на поиск инфор­мации в БД сервера. В режиме реального времени производится быстрый поиск информации и выдача ее пользователю. Последовательность сим­волов, которые содержатся в запросе транзакции, называется кодом тран­закции. Сравнительно небольшой, но постоянно обновляемый набор данных называется файлом транзакций. Так, например, этот файл может содержать данные по изменению фамилии рабочего, тарифной ставки, объема рабочего времени и др. Транзакции могут быть зафиксированы путем занесения ее результатов в специальный журнал. Транзакции широко применяются в сетевых службах самого различного характера.

Несколько сложнее поддерживать актуальность распределенных БД. Здесь применяется прием репликации. Репликация — это процесс син­хронного приведения данных нескольких распределенных БД в иден­тичное состояние. Задача репликации возникает тогда, когда несколько пользователей, работая с набором распределенных БД, вносят свои кор­рективы в соответствующие БД. Для обеспечения непротиворечивости необходимо синхронно проводить корректировки по всей структуре рас­пределенных БД.

В организации ведения распределенных БД существует несколько видов репликаций. По уровню распространения различают односторон­нюю и многостороннюю репликации. При односторонней репликации данные изменяются только в одной БД, а в других данные не изменяются.

При многосторонней репликации данные корректируются во всех БД. По времени проведения можно выделить репликации реального време­ни и отложенные репликации. Репликации реального времени выпол­няются непосредственно после изменения состояния объектов. Отло­женные репликации выполняются по определенному условию или событию, например пункту в графике администратора БД.

Сетевая технология обеспечивает:

• построение распределенных хранилищ информации;

• расширение перечня решаемых задач по обработке информации;

• повышение надежности АИС за счет дублирования работы набора ЭВМ;

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

• снижение стоимости обработки информации.

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

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

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

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

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

• автономность — относительно независимая работа сетей различ­ных уровней;

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

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

Вычислительные сети принято подразделять на два класса — ЛВС и ГВС. Локальная вычислительная сеть — это распределенная вычисли­тельная система, в которой передача данных между компьютерами проводится на небольшие расстояния в пределах одного здания или не­скольких зданий одной организации.

ЛВС требует минимум специаль­ных устройств, достаточно электрического соединения компьютеров с помощью кабелей и разъемов. Так как электрический сигнал при передаче по кабелю ослабевает (уменьшается его мощность) тем силь­нее, чем протяженнее кабель, то, естественно, длина проводов, соеди­няющих компьютеры, ограничена. По этой причине ЛВС объединяют компьютеры, локализованные на весьма ограниченном пространстве. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компью­терами, не должна превышать 1 км. Указанные ограничения обуслов­ливают расположение компьютеров ЛВС в одном здании или в рядом стоящих зданиях. Обычно службы управления предприятий так и рас­положены, что и определило широкое использование в них ЛВС для ре­ализации процессов обмена. Вместе с тем при построении определен­ных ЛВС применяются и дополнительные устройства, в частности ре­питеры, усиливающие сигналы в канале связи, и др.

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

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

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

Построение топологии ЛВС выполняется по нескольким топологи­ческим структурам. Базовыми топологиями являются: звездообраз­ная — «звезда», кольцевая — «кольцо», магистральная — «шина». На основе этих структур могут быть построены более сложные, разветвлен­ные и многосвязные сети.

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

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

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

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

Центральный узел коммутации

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

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

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

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

Компьютер

Рис. 4.6. Магистральная топология сети

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

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

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

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

Мэйнфрейм

Рис. 4.7. Типовая топология ГВС: К — концентратор; Мст — мост; М — маршрутизатор; Ш — шлюз; У — устройство сопряжения

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

Базовая эталонная модель взаимодействия открытых сетей. Базовая эта­лонная модель (OSI — Ореп System Interconnection) — стандарт 7498 ISO. Модель OSI можно назвать гибкой в том смысле, что она допускает эво­люцию сетей в зависимости от развития теории и новых технических достижений, а также обеспечивает постепенность перехода от сущест­вующих реалий к новым стандартам. Основное понятие модели — сис­тема. Система — автономная совокупность вычислительных средств, осуществляющих обработку данных прикладных задач пользователей.

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

Область взаимодействия открытых систем определяется последова­тельно-параллельными группами функций или модулями взаимодей­ствия, реализуемыми программными или аппаратными средствами. Модули, образующие область взаимодействия прикладных процессов и физических средств соединения, делятся на семь иерархических уров­ней. Каждый из них выполняет определенную функциональную задачу (табл. 4.4) [64]. В системе передачи физический, канальный и сетевой уровни вместе с прикладными процессами образуют область обработки данных, реализующих информационные процессы, выполняемые в си­стеме. Процессы этой области используют сервис по транспортировке данных транспортного уровня, который осуществляет процедуры пере­дачи информации от системы-отправителя к системе-адресату. Транс­портный, сеансовый, представительный и прикладной уровни образу­ют область передачи данных между множеством взаимодействующих систем, реализуют коммуникационные процессы по транспортировке данных. Протоколы ОС сети реализуют единый интерфейс между ОС разнотипных ЭВМ. Основополагающим в этом случае становится принцип виртуальности, определяющий общность процессов через виртуальный терминал, виртуальный файл, виртуальное задание и т. д.

Характеристика уровней взаимодействия открытых систем

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

Таблица 4.4
Наименование Основные задачи и реализуемые функции
Физический Сопряжение физического канала. Установление, поддержка и разъединение физического канала
Канальный Управление передачей по информационному каналу. Управление передачей кадров, контроль данных, обеспечение прозрачности и проверка состояния информационного канала. Обрамление массивов служебными символами, управление каналом
Сетевой Маршрутизация пакетов. Управление коммуникационными ресурсами, маршрутизация пакетов, обрамление служебными символами для управления сетью
Транспортный Управление логическими каналами. Управление информационными потоками, организация логических каналов между процессами, обрамление служебными символами запроса и ответа
Сеансовый Обеспечение сеансов связи. Организация поддержки и окончания сеансов связи, интерфейс с транспортным уровнем
Представительный Параметрическое отображение данных. Генерация и интерпретация команд взаимодействия процессов. Представление данных программе пользователей
Прикладной Выполнение процессов. Вычислительные, информационно-поисковые и справочные работы. Логическое преобразование информации пользователей

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

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

• протоколы транспортного и сетевого уровней, которые реализуют сквозное взаимодействие абонентских сетей. Здесь сетевые уровни и сетевой процесс коммуникационных систем инициируют ком­поненты, связывающие последовательность канальных соеди­нений в единую сквозную систему коммуникационной подсети. При этом для соединения оконечного оборудования с сетью пере­дачи данных очень часто используют протоколы Х.25 (стандарт МККТТ — Международного консультативного комитета по теле­графии и телефонии, СС1ТТ — Consultative Committee for Inter­national Telegraphy and Telephony). Рекомендация Х.25 включает в себя протоколы трех нижних уровней эталонной модели: на фи­зическом уровне — стандартный физический интерфейс Х.21, на канальном уровне — процедуру управления каналом LAPB — Link Access Procedure Balanced (подмножество HDLC) и на сетевом уровне — протокол Х. 25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных;

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

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

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

Уровень канала передачи данных и находящийся под ним физичес­кий уровень обеспечивают канал безошибочной передачи между двумя узлами в сети. Функция физического уровня заключается в гарантии того, что символы, поступающие в физическую среду передачи на од­ном уровне канала, достигнут другого конца. При использовании этой услуги по транспортировке символов задача протокола канала состоит в обеспечении надежной передачи блоков данных по каналу.

Функция сетевого уровня состоит в том, чтобы обеспечить передачу данных по сети от узла передачи до узла назначения. Этот уровень пред­усматривает также управление потоком или перегрузками в целях пред­отвращения переполнения сетевых ресурсов, которое может привести к прекращению работы.

Четыре верхних уровня предоставляют услуги самим оконечным пользователям и, таким образом, связаны с ними, а не с сетью.

Транспортный уровень обеспечивает надежный, последовательный обмен данными между двумя оконечными пользователями (для этой цели на транспортном уровне используется услуга сетевого уровня), а также управляет потоком, чтобы гарантировать правильный прием блоков данных.

Существование сеанса между двумя пользователями означает необ­ходимость установления и прекращения сеанса. Это делается на уровне сеанса. Этот уровень при необходимости управляет переговорами, что­бы гарантировать правильный обмен данными.

Уровень представления управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи, а протоколы прикладного уровня придают соответствующий смысл обмениваемой информации. Блоки или кадры данных, передаваемые по каналу связи через сеть, состоят из пакетов, а также управляющей информации в виде заголовков и окончаний, добавляемых к пакету непосредственно перед его отправлением из узла. В каждом принимающем узле управляющая информация отделяется от остальной части пакета, а затем вновь добав­ляется, когда этот узел в свою очередь передает пакет по каналу в следу­ющий соседний узел. Этот принцип добавления управляющей информа­ции к данным в архитектуре ОБ1 расширен и включает возможность добавления управляющей информации на каждом уровне архитектуры.

<< | >>
Источник: Исаев Георгий Николаевич. Информационные системы в экономике : учебник для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Финансы и кредит», «Бухгалт. учет, анализ и аудит» / Г. Н. Исаев. — 3-е изд., стер. — М. : Издательство «Омега-Л», — 462 с. : ил., табл. — (Высшее эко­номическое образование).. 2010

Еще по теме 4.5. Телекоммуникационные технологии АИС:

  1. Телекоммуникационные технологии и услуги для банковских сетей
  2. Стратегия CRM-поставщика интегрированных телекоммуникационных услуг
  3. 2.5. Особенности порядка представления налоговой декларации (расчета) для камеральной проверки через представителя, посредством почтовых отправлений и по телекоммуникационным каналам связи
  4. 13.2.2.Формализованное моделирование АИС
  5. 2.1. Цели АИС
  6. 13.4. Автоматизация проектирования АИС
  7. 13.2.1. Концептуальное моделирование АИС
  8. Телекоммуникационные средства для систем "банк-клиент"
  9. 13.5. Построение и внедрение АИС
  10. 60. ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБУЧЕНИЯ
  11. 2.3. Функции АИС
  12. 2.2. Задачи АИС
  13. 3.2. Обеспечивающая часть структуры АИС
  14. 14.1. Параметризация АИС
  15. 13.2.3. Физическое моделирование АИС
  16. 13.3. Проектирование АИС