Глава 7. Відкриті системи. Комп’ютерні мережі з дисципліни Сучасні інформаційні системи і технології, КСУ, Київський славістичний університет
« НазадГЛАВА 7. Відкриті системи. Комп’ютерні мережіВиникнення комп'ютерних мереж було викликано практичною потребою в спільному використанні ресурсів (даних і зовнішніх пристроїв). Компоненти комп'ютерної мережіКомп'ютерна мережа — це система програмних і апаратних компонентів, взаємопов’язаних один з одним, шо призначена для забезпечення спільного використання ресурсів. Найпростіша мережа складається з двох комп'ютерів, здатних обмінюватися даними. Усі мережі незалежно від складності ґрунтуються саме на цьому принципі. Для ефективної роботи комп'ютерних мереж застосовують мережні операційні системи, що призначені для управління роботою мережі комп'ютерів. Мережні застосуванні - це прикладні програми, що забезпечують додаткові можливості при роботі в мережі: поштові програми, мережні бази даних тощо. Існують локальні та глобальні мережі. Локальні мережі використовують швидкі канали передання даних у межах певної обмеженої території. Глобальна мережа складається з кількох локальних мереж, що поєднані зовнішніми лініями зв’язку. Усі комп'ютери, що підключаються до мережі, можна розділити на три функціональні групи: • робочі станції; • сервери мережі; • комунікаційні вузли. Робоча станція — це підключений до мережі комп'ютер, на якому користувач мережі виконує свою роботу. Кожна робоча станція використовує власну операційну систему і може обробляти як свої локальні файли, так і ресурси мережі. Сервер — це підключений до мережі комп’ютер, що надає користувачам мережі певні послуги. Мережі підрозділяються на два типи:
В однорангових мережах усі комп'ютери рівноправні, серед них немає ієрархії. Кожен комп'ютер є одночасно і клієнтом, і сервером. Користувачі самі визначають, які дані на своєму комп'ютері зробити доступними для інших користувачів мережі. Як правило, однорангові мережі застосовуються при невеликій кількості користувачів, що компактно розташовані. На відміну від однорангових мереж, мережі на основі сервера містять як мінімум один комп'ютер, що використовується винятково як сервер. За виконуваними функціями можна виділити наступні групи серверів. Файловий сервер — комп'ютер, що зберігає загальних даних користувачів мережі й одночасний доступ користувачів, що забезпечує, до цих даних. Файловий cepвер дозволяє погоджувати зміни даних, що виконуються різними користувачами; Сервер баз даних — комп'ютер, що виконує функції збереження, обробки і управління файлами БД. Він забезпечує авторизований доступ, прийом і обробку запитів користувачів до БД і пересилання результатів користувачам. Сервер прикладних програм — комп'ютер, що використовується для виконання прикладних програм користувачів. Поштовий сервер забезпечує обмін повідомленнями електронної пошти між користувачами мережі. Сервер каталогу містить відомості про структуру мережі і дозволяє користувачам мережі знаходити необхідну інформацію. Комунікаційний сервер — комп'ютер, що надає користувачам мережі доступ до своїх послідовних портів уведення/виведення. Наприклад, за допомогою комунікаційного сервера можна використовувати поділюваний модем, підключивши його до одному з портів сервера. Слід зазначити, що всі ці типи серверів можуть функціонувати на одному комп'ютері. При передачі даних у будь-якім середовищі відбувається загасання сигналу, що і приводить до обмеження відстані. Щоб перебороти це обмеження і розширити мережу, установлюють спеціальні пристрої — комунікаційні вузли мережі. Повторювач (wpealer) - пристрій, що підсилює або регенерує сигнал, що прийшов на його. Комутатор (switch) — це пристрій, що дозволяє поєднувати кілька сегментів мережі й одночасно підтримує процеси обміну даними для різних сегментів. Маршрутизатор (router) — пристрій, що з'єднує мережі одного чи різних типів за єдиним протоколом обміну даними. Він аналізує адресу призначення і направляє дані за оптимальним маршрутом. Шлюз (gateway) — це пристрій, що дозволяє організувати обмін даним між різними мережними об'єктами, що використовують різні протоколи обмін даними. Для опису мереж використовують два терміни - географія та топологія мереж. Топологія мережі - це конфігурація графа, вершинами якого є комп'ютери й інші мережні пристрої, а ребрами - фізичні зв'язки між ними. Усі мережі будуються на основі трьох базових топологій:
і їхніх комбінацій. У мережі з топологією "шина" використовується один спільний кабель, до якого підключені всі комп'ютери мережі. Повідомлення передається від одного конкретного комп'ютера до всіх комп'ютерів, але приймає його тільки той комп'ютер, якому воно адресовано. При топології "зірка" усі комп'ютери підключені до концентратора, і повідомлення передаються через нього. При топології "кільце" сигнали передаються по кільцю, і кожен комп'ютер виступає в ролі повторювача. Географія мережі визначає локалізацію компонентів мережі. Приміром, географія розрізняє використання спільного принтера комп’ютерами, що знаходяться в одній або у різних кімнатах, тоді як топологія ігнорує такі відмінності. Таким чином, одна й та сама топологія може відповідати різним варіантам географії. Основні вимоги до сучасних обчислювальних мережОсновні показники якості функціонування мережі:
Продуктивність обчислювальної мережі визначають як час реакції системи - час між моментом виникнення запиту і моментом одержання відповіді, так і її пропускна здатність - кількість інформації, що передається через мережу за одиницю часу. Надійність роботи мережі визначається надійністю роботи всіх її компонентів, забезпеченням захисту інформації (як тієї, що зберігається, так і тієї, що передається) від перекручувань і несанкціонованого доступу. Характеристиками керованості є засоби впливу на роботу будь-якого елемента мережі і виявлення проблем у їхній роботі, а також можливість автоматизації цих процесів. Розширюваність мережі - можливість модернізації її елементів, а також додавання нових елементів мережі (користувачів, комп'ютерів, служб). Масштабуємість мережі визначається можливістю її розширення без істотного зниження продуктивності. Інтегрованість означає можливість підключення до мережі різноманітного і різнотипного устаткування, програмного забезпечення від різних виробників. Основним напрямком розвитку інтегрованості обчислювальних мереж є стандартизація мереж, їхніх елементів і компонентів. Відкриті системиВідкриті системи - це системи, які можуть взаємодіяти з іншими системами відповідно зі встановленими правилами. Середовище відкритих систем - це набір міжнародних стандартів, що забезпечують інтероперабельність і мобільність застосувань, даних та персоналу, описують середовище, яке надає відкрита система для використання. Взаємозв’язок компонентів здійснюється за допомогою протоколів - домовленостей відносно форматів подання інформації та правил, що визначають функціонування компонентів, що виконують інформаційний обмін Міжнародна організація зі стандартизації (International Standards Organization - ISO) у 1984 р. розробила еталонну модель взаємодії відкритих систем (Open System Interconnection - OSI). Еталонна модель OSI швидко стала основною архітектурною моделлю для передачі міжкомп’ютерних повідомлень. Даний стандарт визначає лише вимоги відносно організації взаємодії окремих компонентів розподіленої системи. Еталонна модель OSI поділяє проблему переміщення інформації між комп'ютерами через середовище мережі на сім менших, і отже, простіших проблем, які обрані через свою відносну автономність. Кожна із семи областей проблеми вирішується за допомогою одного з рівнів моделі. Ці рівні відносно незалежні. Тому модулі, що реалізують кожний з рівнів, можуть бути модифіковані без внесення змін у модулі інших рівнів. Рівні еталонної моделі OSI1. Прикладний 2. Подання даних 3. Сеансовий 4. Транспортний 5. Мережний 6. Канальний 7. Фізичний Рівні моделі утворюють ієрархічну систему, у якій запит, який виникає на якому-небудь рівні, передається для виконання на більш низький рівень, і навпаки, результати обробки запитів передаються з більш низьких рівнів на більш високі. Для опису зв'язків між двома сусідніми рівнями встановлюється набір правил і угод - інтерфейс, що і визначає набір сервісів, які надаються рівнями. Більшість пристроїв мережі реалізує всі сім рівнів. Однак деякі реалізації мережі пропускають один або більше рівнів. Два нижчі рівні OSI реалізуються апаратним і програмним забезпеченням; інші п'ять вищих рівнів, як правило, реалізуються програмним забезпеченням.
В основі моделі OSI лежать 2 ключові принципи: 1. Концепція відкритих систем, тобто 2 різні системи, що підтримують функції відповідного рівня, можуть обмінюватися даними на цьому рівні; 2. концепція однорангового з'єднання типу “точка-точка“, тобто дані, що сформовані на конкретному рівні моделі, призначені тільки відповідному рівню іншого пристрою. Прикладний рівень - це найближчий до користувача рівень OSI. Він відрізняється від інших рівнів тим, що не забезпечує послуг жодному з інших рівнів OSI, однак він забезпечує ними прикладні процеси, що лежать за межами масштабу моделі OSI. Прикладами таких прикладних процесів можуть служити програми обробки таблиць, програми обробки текстової інформації, програми банківських терміналів тощо. Прикладний рівень ідентифікує і встановлює наявність передбачуваних партнерів для зв'язку, синхронізує спільно працюючі прикладні програми, а також встановлює угоди по процедурах усунення помилок і управління цілісністю інформації. Прикладний рівень також визначає, чи є в наявності досить ресурсів для передбачуваного зв'язку. Рівень подання даних відповідає за те, щоб інформація, що посилається з прикладного рівня однієї системи, синтаксично зрозуміла відповідному рівню іншої системи. При необхідності він здійснює трансляцію між форматами подання інформації шляхом використання спільного формату подання інформації. Цей рівень відповідає не тільки за формат і подання даних користувача, але також за структури даних, що використовують програми. Сеансовий рівень установлює, кординує і завершує сеанси взаємодії між прикладними задачами. Сеанси складаються з діалогу між двома або більше об'єктами подання. Цей рівень синхронізує діалог між об'єктами рівня подання даних і керує обміном інформацією між ними, а також надає засоби для відправлення повідомлень у виняткових ситуаціях про проблеми сеансового, представницького і прикладного рівнів. У той час як прикладний, представницький і сеансовий рівні відповідають за прикладні питання, чотири нижчих рівні вирішують проблеми транспортування даних. Транспортний рівень забезпечує транспортування даних об’єктами, що взаємодіють, та надання послуг з надійного обміну даними між логічними об’єктами сеансового рівня. Це дозволяє вищім рівням не вникати в ці деталі. Зокрема, транспортний рівень вирішує такі питання, як виконання надійного транспортування даних через мережу. Мережний рівень забезпечує можливість зв’язок між двома абонентами за допомогою мережної адреси у пакеті даних, забезпечуж передання даних та обробку помилок, керує потоками даних, надає послуги з формування пакетів та маршрутів проходженя запитів та даних через мережу. Канальний рівень забезпечує надійний транзит даних через фізичний канал. Виконуючи цю задачу, канальний рівень вирішує питання фізичної адресації (на противагу мережної чи логічної адресації), топології мережі, лінійної дисципліни (яким чином кінцева система використовує мережний канал), повідомлення про несправності, упорядкованої доставки блоків даних і керування потоком інформації. Фізичний рівень визначає електротехнічні, механічні, процедурні і функціональні характеристики активації, підтримки і дезактивації фізичного каналу між кінцевими системами. Специфікації фізичного рівня визначають такі характеристики, як рівні напруги, синхронізацію зміни напруги, швидкість передачі фізичної інформації, максимальні відстані передачі інформації, фізичні з'єднувачі та інші аналогічні характеристики. Для різних рівнів моделі потрібно реалізувати відповідні протоколи. Список літератури1. Андон Ф.И., Лаврищева Е.М. Методы инженерии распределенных компьютерных приложений. - К.: Наук.думка, 1997. 2. Экономическая информатика. Учебник. - Под редакцией П.В.Конюховского и Д.Н.Колесова. - СПб.: Питер, 2000. 3. Компьютерные сети. Учебный курс. - М.: "Русская редакция", 1999. 4. Плескач В.Л., Рогушина Ю.В., Кустова Н.П. Інформаційні технології та системи. - К.: "Книга", 2004. Контрольні питання1. Що таке комп'ютерна мережа? 2. На які групи поділяються комп’ютери, підключені до мережі? 3. На які типи поділяються комп’ютерні мережі? 4. На які групи за своїми функціями поділяються сервери? 5. Для чого потрібні комунікаційні вузли? 6. За якими показниками оцінюють якість функціонування мереж? 7. З яких рівнів складається розробила еталонна модель взаємодії відкритих систем OSI/ISO? 8. Які принципи лежать в основі еталонної моделі взаємодії відкритих систем OSI/ISO? З повагою ІЦ “KURSOVIKS”! |