Принципы организации ГВС

Лекция 15 ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ.

CETb lNTERNET

Принципы организации ГВС

Территориальные компьютерные сети (глобальные, региональные, корпоративные), появление которых обусловлено достижениями на­учно-технического прогресса и объясняется потребностью в обмене информацией, стали неотъемлемой частью осуществления программ сотрудничества между странами. В настоящее время функционирует множество компьютерных сетей, используемых в научных и образовательных целях, в бизнесе, в финансово-экономической деятельнос­ти, в реализации совместных научно-технических программ и т. д. Следует прежде всего выделить глобальную сеть Internet, объединя­ющую множество других сетей и позволяющую войти в мировое со­общество. Internet предоставляет пользователям практически неогра­ниченные информационные ресурсы.

На характере развития сетевых структур в любой развитой стра­не в большой степени отражаются общие мировые тенденции разви­тия ТВС. Одна из них — тенденция объединения в той или иной форме различных сетевых структур, обусловленная необходимостью пре­доставления пользователям возможности связи с компьютером, нахо­дящимся в любой точке планеты (в современном мире это важное ус­ловие конкурентной способности предприятия, оказывающего теле­коммуникационные услуги).

Процессу объединения сетей способствует развитие их архитек­туры в направлении создания национальных и международных ассо­циаций систем компьютерной связи, в которых используются ЭВМ, изготовленные различными производителями и управляемые различ­ными ОС. Это стало возможно, так как в основу моделей и архитек­туры сетей положены международные стандарты. В результате во всех развитых странах в настоящее время выпускаются в основном разнообразные технические и программные средства территориаль­ных и локальных сетей нового типа — открытых сетей, удовлетворя­ющих требованиям международных стандартов.

Возможности и конкурентоспособность любой ТВС определяются прежде всего ее информационными ресурсами — знаниями, данными, программами, которые сеть предоставляет пользователям. Естествен­но, что эти ресурсы должны как можно шире охватывать те области, в которых работают пользователи сети. Кроме того, они должны не­прерывно обновляться и пополняться.

Современный информационный рынок можно разделить на четы­ре взаимодействующие области [46]:

• электронная информация;

• электронные сделки;

• системы сетевых коммуникаций;

• программное обеспечение.

Рынок электронной информации в свою очередь включает четыре сектора: деловая информация, юридическая информация, информация для специалистов, массовая (потребительская) информация. Основны­ми поставщиками информации на этом рынке выступают центры — генераторы баз данных, центры — распределители информации на ос­нове БД и информационные брокеры.

Базы данных, представляющие собой организованную совокуп­ность однородных записей в машиночитаемой форме, являются осно­вой любых видов услуг, оказываемых на современном информационном рынке. Затраты на их создание окупаются в среднем за 3—5 лет при условии постоянного обновления информации в БД, ориентации на предоставление уникальной информации многим пользователям (для этого необходимо предусматривать разнообразные способы дос­тупа к БД), применения новых технологий создания и распростране­ния БД, тесного взаимодействия с разработчиками программного обес­печения, облегчающего и упрощающего использование каналов рас­пространения информации. В сетях используются обе формы доступа пользователей к БД: диалоговый доступ (режим on-line) и разовые запросы в режиме off-line (например, через электронную оплату вы­даваемой справки по результату информационного запроса, что свя­зано с задержками по времени получения информации).

Сектор деловой информации (в рамках рынка электронной инфор­мации) охватывает:

• биржевую и финансовую информацию, генераторами которой явля­ются банки, биржи, брокерские компании. Это информация о ко­тировках ценных бумаг, валютных курсах, учетных ставках, рын­ке товаров и капиталов, инвестициях, ценах;

• экономическую и статистическую информацию (числовую, эко­номическую, демографическую, социальную информацию в виде рядов динамики, программных моделей, оценок и т.д.);

• коммерческую информацию (информацию о предприятиях и фир­мах, их продукции и ее цене, о руководителях предприятий и т.п.). В России крупные БД по отечественным предприятиям созданы государственными системами;

• информацию коммерческих предложений (информацию о купле/ продаже по определенным товарным группам);

• деловые новости в области экономики и бизнеса.

Сектор юридической информации включает системы доступа к элек­тронным сборникам указов, постановлений, инструкций и других до­кументов, выпущенных органами государственной и местной власти.

Сектор информации для специалистов охватывает:

• профессиональную информацию, дифференцированную по различ­ным областям науки и техники;

• доступ к первоисточникам (библиографическую и реферативную

информацию).

Сектор массовой (потребительской) информации включает ин­формацию служб новостей и агентств прессы и потребительскую ин­формацию (программы радио- и телепередач, местные новости, пого­ду, расписание транспорта, справочники по гостиницам и т.д.).

Рынок электронных сделок (операций) включает системы банков­ских и межбанковских операций, электронных торгов, системы ре­зервирования товаров, услуг и т.п.

В рамках этого рынка большое значение имеет электронный об­мен данными, который обеспечивает возможность безбумажного документооборота, т.е. автоматизированной циркуляции официальных документов как внутри предприятия, так и между различными орга­низациями. При этом велика роль служб безопасности, обеспечиваю­щих, в частности, предотвращение несанкционированного доступа к циркулирующей информации.

Безбумажная информационная технология базируется на приня­том ООН международном стандарте EDIFACT (Electronic Data Interchange for Administration, Commerce and Transport), который обес­печивает сокращение объема передаваемой информации и автомати­ческую генерацию принимаемых документов на основных языках народов мира, в том числе на языках стран СНГ. Преобразование ис­ходного документа в электронный вид на языке EDIFACX осуществ­ляется с помощью конвертеров. В России с 1991г. действует Совет ЭДИФАКТ СНГ, членами которого являются государственные и пра­вительственные органы. Основная задача Совета — обеспечение вне­дрения в странах СНГ стандарта EDIFACT и систем безбумажной информационной технологии.

Рынок программного обеспечения включает все виды программ­ной продукции. Среди фирм — поставщиков программного обеспече­ния выделяется информационно-коммерческая фирма «MERCURY SOFT», специализирующаяся на программах для делового примене­ния. Она разрабатывает и поставляет программное обеспечение ад­министративно-хозяйственной и финансовой деятельности.

Рынок систем сетевых коммуникаций охватывает системы элек­тронной почты, телеконференций, электронные сетевые доски объяв­лений и другие системы, объединяющие пользователей ТВС. Все эти системы рассматриваются ниже.

По мере развития сетей расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К наиболее распространенным услугам, предоставляемым совре­менными ТВС, относятся:

• телекоммуникационные услуги: обмен сообщениями в режиме «электронная почта» как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей; обмен сообщениями меж­ду участниками телеконференций и телесеминаров; организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявле­ний); организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в режиме «запрос — ответ»; передача больших массивов — файлов; размножение сообщений и передача их по заранее подготовленно­му списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно ка­тегориям срочности; организация замкнутых групп абонентов (под­сетей) для взаимного обмена информацией только в рамках груп­пы; доставка факсимильных сообщений; переадресация сообще­ний в случае изменения адреса получателя информации; выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.;

• информационные услуги: поиск информации по вопросам, интере­сующим абонентов;

• консультационные услуги: консультации по информационному и программному обеспечению сети; консультации по технологии ис­пользования общесетевых ресурсов; обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и др.;

• технические услуги: установка программного обеспечения, уста­новка и тестирование модемов и др.;

• рекламные услуги: размещение рекламы в электронных конферен­циях и семинарах.

В отличие от локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а так­же региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает под­сеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи ин­формации), к которой подключаются локальные сети, отдельные ком­поненты и терминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуни­кационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, комму­тации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компь­ютера (одного или нескольких) и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работают пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов сети, предоставляемых пользователям, называются серверами. Такая струк­тура сети получила название узловой.

Организация обмена данными в территориальных сетях, в том числе и в сети Internet, осуществляется двумя различными способами: без установления логического соединения между передающим и прини­мающим узлами сети и с установлением логического соединения (с установлением сеанса связи).

Способ связи без установления логического соединения характе­ризуется следующим:

• он используется в сетях с коммутацией пакетов, причем каждый пакет рассматривается как индивидуальный объект, независимая единица передачи информации;

• пакеты от отправителя можно передавать в произвольные момен­ты, а также одновременно множеству адресатов по различным маршрутам;

• перед передачей данных сквозная связь между отправителем и по­лучателем заранее не устанавливается, не требуется также синх­ронизации аппаратуры связи на передающем и приемном пунктах;

• из-за занятости отдельных участков маршрута может осуществ­ляться буферизация пакетов в промежуточных узлах связи;

• передача сигнала к отправителю от адресата, подтверждающего

получение информации, не производится.

Это один из первых и простейших способов обмена данными в ком­муникационной технологии. Он широко используется в дейтаграммных сетях, в которых реализуются дейтаграммные протоколы инфор­мационного обмена.

Способ связи (или режим связи), ориентированный на логическое соединение, относится к более поздней технологии. Он обеспечивает более высокий уровень сервиса по сравнению с дейтаграммной связью.

Особенности организации обмена данными с установлением ло­гического соединения:

• перед передачей информации между взаимодействующими абонен­тами (отправителем и получателем) устанавливается логический (виртуальный) канал, причем технология создания (установления) канала такова: отправитель посылает запрос на соединение уда­ленному адресату через ряд промежуточных узлов связи; адресат, получив этот запрос, в случае «согласия» на установление логи­ческого канала посылает отправителю сигнал подтверждения; после получения сигнала подтверждения отправителем начинает­ся обмен данными с управлением потоком, сегментацией и исправ­лением ошибок;

• после завершения обмена данными адресат посылает пакет под­тверждения этого события отправителю (клиенту — инициатору установления логического канала), который воспринимается как сигнал для разъединения канала. Следовательно, при использовании этого способа связи выделяются три этапа: установление ка­нала, обмен данными, разъединение канала.

Связь с установлением логического канала применяется в вирту­альных сетях, где используются протоколы информационного обме­на типа виртуального соединения. Такая связь может быть многока­нальной, и тогда каждая пара взаимодействующих абонентов, обме­ниваясь данными по своему виртуальному каналу, воспринимает его как выделенный канал, в распоряжение которого предоставлены все ресурсы связи. В действительности эти ресурсы распределяются меж­ду всеми одновременно работающими виртуальными каналами дан­ной линии связи.

При передаче по виртуальному каналу длинных сообщений они разбиваются на одинаковые части (пакеты), которые отправляются в канал в порядке их размещения в сообщении. Это избавляет от необ­ходимости снабжать каждый пакет служебной информацией в пол­ном объеме, с тем чтобы превратить его в независимую единицу пе­редачи информации, как это имеет место в дейтаграммных сетях. Кроме того, передача пакетов в их естественной последовательнос­ти, определяемой порядком размещения в сообщении, существенно облегчает задачу формирования первоначального сообщения из при­нимаемых пакетов на приемном пункте.

Первый из рассмотренных способов организации обмена данны­ми в сетях отличается простотой в реализации и сравнительно неболь­шими накладными расходами. При малой загруженности линий связи сети он позволяет существенно сократить время на передачу длинно­го сообщения. Кроме того, он удобен при рассылке информации по многим адресам. В загруженных сетях реализация такого способа может привести к значительным задержкам пакетов в промежуточ­ных узлах связи и даже к потере отдельных пакетов, что негативно отражается на надежности доставки информации адресатам. Второй способ, напротив, характеризуется высокими накладными расхода­ми, однако он предоставляет абонентам значительно большие удоб­ства, обеспечивает требуемую оперативность в обмене данными (в идеальном случае переполнение соединений в промежуточных узлах связи полностью исключается) и гарантированную надежность дос­тавки информации абонентам.

Таким образом, каждый из режимов связи имеет свои особенности, а значит, и свои области применения.

Режим «с соединением» целесообразно использовать для тех при­менений, где взаимодействие имеет долговременный характер, кон­фигурация взаимодействующих объектов постоянна, а поток данных не имеет больших пауз.

Режим «без соединения» больше подходит там, где взаимодействие имеет кратковременный характер, при котором объем передаваемых данных невелик, а интервалы между передачами значительны (относительно скорости передачи). Кроме того, его целесообразно исполь­зовать в системах с повышенными требованиями к надежности дос­тавки данных адресату, так как эти требования можно удовлетво­рить путем тиражирования данных и передачи адресату по разным маршрутам.

В основу архитектуры сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщения осуществляется на самом верхнем уровне модели ВОС. Затем (при передаче) оно после­довательно проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительны­ми заголовками, обеспечивающими информацией аналогичные уров­ни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.

В территориальных сетях управление обменом данных осуществ­ляется протоколами верхнего уровня модели ВОС. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня для них характерно наличие общих функций: инициализация связи, передача и прием данных, завершение обмена. Каждый прото­кол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активиза­ция обмена информацией между взаимодействующими узлами начи­нается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из ме­тодов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов связи. Протокол предоставляет средства для приема/переда­чи сообщений адресатом и источником. При этом обычно накладыва­ются ограничения на длину сообщений.

Наиболее распространенным протоколом управления обменом данных является протокол TCP/IP. Главное отличие сети Internet от других сетей заключается именно в ее протоколах TCP/IP, охватыва­ющих целое семейство протоколов взаимодействия между компью­терами сети. TCP/IP — это технология межсетевого взаимодействия, технология Internet. Сеть, реализующая эту технологию, называется «internet». Если же речь идет о глобальной сети, объединяющей мно­жество сетей с технологией «internet», то ее называют Internet.

Протокол TCP/IP — это семейство программно реализованных протоколов старшего уровня, не работающих с аппаратными пре­рываниями. Технически протокол TCP/IP состоит из двух частей — IP и TCP.

Протокол IP (Internet Protocol — межсетевой протокол) является главным протоколом семейства, он реализует распространение ин­формации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне моде-

ли ВОС. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку паке­тов, его основная задача — маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохране­ние порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IP-сетями. Они работают в основном по аналоговым каналам (т.е. для подключения компьютера к сети требуется IP-мо­дем) и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называ­ется дейтаграммой.

Высокоуровневый протокол TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично — на сеансовом уровне. Это протокол с установлением ло­гического соединения между отправителем и получателем. Он обес­печивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности переда­ваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов.

Для компьютеров протокол TCP/IP — это то же, что правила раз­говора для людей. Он принят в качестве официального стандарта в сети Internet, т.е. сетевая технология TCP/IP де-факто стала техноло­гией всемирной сети.

Протокол TCP/ IP основывается на концепции одноранговых се­тей. Все рабочие станции, соединенные при помощи этого протокола, имеют одинаковый статус. Однако любая из них, располагая соот­ветствующими средствами, может временно выполнять дополнитель­ные функции, связанные, например, с управлением ресурсами сети. Ключевую часть протокола составляет схема маршрутизации паке­тов, основанная на уникальных адресах сети Internet. Каждая рабо­чая станция, входящая в состав локальной или глобальной сети, име­ет уникальный адрес, который включает две части, определяющие адрес сети и адрес станции внутри сети. Такая схема позволяет пере­давать сообщения как внутри данной сети, так и во внешние сети. Часть протокола TCP/ IP, отвечающая за распознавание адреса, на­зывается IRP (протокол распознавания адреса).