17 Телекоммуникационные технологии АИС.

17 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 репликации. 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;

• ресурсоемкое — 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.

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

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).

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.

Дата добавления: 2015-08-28