Локальные вычислительные сети в системах автоматизации
Локальная вычислительная сеть – это компьютерная сеть, которая покрывает относительно небольшую территорию.
Локальные вычислительные сети классифицируются по следующим признакам:
- Уровень управления. Согласно данному признаку локальные вычислительные сети делятся на сети рабочих групп, сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.
- Назначение сети. Согласно данному признаку локальные вычислительные сети делятся на вычислительные, информационные, информационно-вычислительные, информационно-поисковые, информационно-советующие и информационно-управляющие сети.
- Топология сети. Согласно данному признаку локальные вычислительные сети делятся на петли, шины, звезды, полносвязные, иерархические и смешанные сети.
- Однородность сети. Согласно данному признаку локальные вычислительные сети делятся на однородные и неоднородные сети.
- Равноправность узлов сети. Согласно данному признаку локальные вычислительные сети делятся на одноранговые и серверные сети.
Задачи и принципы построения локальных вычислительных сетей в системах автоматизации
У локальных вычислительных сетей открытая архитектура, которая обеспечивает возможность подключения к сети любых других локальных вычислительных сетей, в том числе и крупных сетей электронно-вычислительных машин. Главное достоинство локальных вычислительных сетей — низкая стоимость системы передачи данных. Локальная вычислительная сеть в составе автоматической системы управления должна обеспечивать: экономичную обработку данных по принципу “самые важные процессы системы управления выполняются техническими средствами с высокой производительностью и развитым программным обеспечением, а наименее ответственные на дешевых мини и микро электронно-вычислительных машин; использование режимов диалоговой и пакетной обработки, разделения времени, виртуальной памяти; достоверность и высокую надежность функционирования, высокую производительность; работу с автоматизированными рабочими местами разного назначения и с прочим специализированным оборудованием; использование разнообразного проблемно-ориентированного программного обеспечения, локальных и централизованных баз данных с требуемым объемом памяти; децентрализованную и централизованную обработку информации.
Автоматизированное рабочее место – это рабочее место, которое оснащено персональным компьютером, программным обеспечением, совокупностью информационных ресурсов индивидуального или коллективного пользования, позволяющих осуществлять обработку данных с целью получения информации, которая обеспечивает поддержку принимаемых сотрудником решений при выполнении профессиональных функций.
Применение локальных вычислительных сетей в современных автоматических системах управления позволяет объединять контрольно-измерительные устройства и места сбора данных с автоматизированными рабочими местами специалистов. Самое главное назначение локальной вычислительной сети в составе системы автоматизации заключается в распределении ресурсов электронно-вычислительных машин, к которым относятся совокупность периферийных устройств, память, терминалы, программы, для оптимального и эффективного решения задач автоматизации. Локальные вычислительные сети должны обладать дешевой, надежной и быстрой системой передачи данных, при этом стоимость передачи единицы информации должна быть существенно ниже стоимость обработки единицы данных. Для того, чтобы этого достичь локальные вычислительные сети должны строиться на основе следующих принципов:
- Принцип единых протоколов. Протоколы связи между машинами в локальной вычислительной сети необходимы для организации обмена данными между составляющими сети. Такими протоколами определяется форма сообщений. Все процедуры управления и соответствующие им протоколы должны быть едиными для сети и не зависеть от компьютеров, подключенных к ней.
- Принцип единой передающей среды. При построении системы передачи данных для вычислительной сети используется активная или пассивная структура передающей среды. Активная выполняется на основе распределенных преобразователей и усилителей, а пассивная структура на основе пассивного носителя.
- Принцип единого метода управления. Данный принцип проявляется в выборе одной из форм управления, которая обеспечивает высокий уровень надежности системы передачи данных, а также максимальную загрузку каналов связи.
- Принцип информационной и программной совместимости. Данный принцип предусматривает совместимость операционных систем, программ, а также систем управления базами данных, которые рассредоточены в рамках локальной вычислительной сети.
- Принцип гибкой модульной организации. Данный принцип предусматривает проектирование системы передачи данных на основе набора гибких конструктивно законченных модулей.
Автоматизация управления сетью
Автоматизированная информационная система (АИС) является частью любого административного механизма – платформой управления и сетевой службой.
Платформа управления сетью (Network management platform) – комплекс программ, предназначенных для управления сетью и входящими в неё системами.
Сетевая служба использует сервис, предоставляемый областью взаимодействия, и обеспечивает связь прикладных процессов, расположенных в различных абонентских системах сети.
Сетевая служба – это прикладная программа:
● взаимодействующая с клиентами, серверами и данными в сети;
● управляющая процедурами распределённой обработки данных;
● информирующая пользователей о происходящих в сети изменениях.
Сетевая служба NMS (Network management service) – служба, выполняющая процессы управления сетью. Она разработана ISO и располагается на прикладном уровне. Сетевая служба NMS определяет:
● виды сервиса, предоставляемые для управления;
● структуру управляющей информации;
● протоколы, определяющие транспортировку управляющей информации.
Система административных регламентов и информационная система являются затратной частью системы управления, но их отсутствие не гарантируют качество, оперативность и эффективность управления.
Следует иметь в виду, что технологии и инструменты являются более стабильной компонентой, чем системы управления. Изменения стратегии, политики, методики, исполнителей обычно приводят к изменению как системы управления, так и информационной системы. При этом инструмент, например существующая АИС, может обеспечить решение новых задач, порой с минимальной дополнительной её настройкой. Смена инструмента обычно приводит к изменению работы системы управления. Поэтому при целостном, целенаправленном формировании и функционировании системы управления, следует осуществлять одновременное развитие автоматизированной информационной системы и административных механизмов управления ею.
Очевидно, что управление сетью, как правило, целесообразно осуществлять с одного рабочего места.
Потребность в контроле за сетью с одной управляющей станции способствовала появлению различных архитектур платформ и приложений администрирования. Наибольшее распространение среди них получила двухуровневая распределённая архитектура “менеджер–агенты”. Программа-менеджер функционирует на управляющей консоли, постоянно взаимодействуя с модулями-агентами, которые запускаются в отдельных устройствах сети. На агенты в такой схеме возлагаются функции сбора локальных данных о параметрах работы контролируемого ресурса, внесение изменений в его конфигурацию по запросу от менеджера, предоставление последнему административной информации.
В качестве частичного решения проблемы исчерпания пропускной способности предлагается трёхуровневая схема, в которой часть управляющих функций делегируется важнейшим сетевым узлам. Инсталлированные в этих узлах программы-менеджеры через собственную сеть агентов управляют работой “подотчётных” им устройств и одновременно сами выступают в роли агентов по отношению к основной программе-менеджеру (менеджеру менеджеров), запущенной на управляющей станции. В результате основная часть служебного трафика оказывается локализованной в отдельных сетевых сегментах, поскольку “общение” локальных менеджеров с административной консолью осуществляется только тогда, когда в этом действительно возникает необходимость.
Несмотря на очевидные удобства двухуровневой схемы, её применение в реальной сетевой среде приводит к возрастанию объёмов служебного трафика и, как следствие, снижению эффективной пропускной способности, доступной приложениям. Этот эффект особенно ощущается в сложных сегментированных сетях, содержащих большое количество активных устройств. В качестве частичного решения проблемы исчерпания пропускной способности предложена трёхуровневая схема, в которой часть управляющих функций делегировалась важнейшим сетевым узлам.
Инсталлированные в этих узлах программы-менеджеры через собственную сеть агентов управляют работой “подотчётных” им устройств и в то же время сами выступают в роли агентов по отношению к основной программе-менеджеру (менеджеру менеджеров), запущенной на управляющей станции. В результате основная часть служебного трафика оказывается локализованной в отдельных сетевых сегментах, поскольку “общение” локальных менеджеров с административной консолью осуществляется только тогда, когда в этом действительно возникает необходимость. Трехуровневая архитектура управления впервые была реализована в 1995 году в продукте Solstice компании Sun Microsystems.
Необходимость контролировать работу разнообразного оборудования в гетерогенной среде потребовала унификации основных управляющих процедур. Схема “менеджер–агенты” нашла выражение в протоколе Simple Network Management Protocol (SNMP), быстро ставшим базовым протоколом сетевого администрирования. Для удобства и облегчения работы сетевых администраторов используются системы управления, основанные на SNMP из группы протоколов TCP/IP. Для сетей SNA (IBM’s System Network Architecture) другим возможным решением может являться STM – Station Management.
Одна из современных идей совершенствования технологий администрирования сетью заключается в сведении к минимуму роли человека в процессе администрирования ИС. Она подразумевает создание программного обеспечения, удовлетворяющего всем целям нужной системы и совмещающего в себе все функции программного обеспечения необходимого для администрирования ИС, например, совмещение контроля защиты, управления пользователями, маршрутизации, резервного копирования информации в случае сбоев и т.д. Администрирование сети в этом случае осуществляет программа, настройку которой производит администратор сети.
Данный подход позволяет экономить время, расходуемое администраторами сети, в том числе на мониторинг и управление сетью и избавиться от фактора ошибки человека. Наиболее сложно в этом случае создать алгоритм всего процесса администрирования, исключая настройку сети и настройку самого ПО. Такое решение способствует значительному облегчению процесса администрирования, поскольку настройка одной программы намного легче, чем настройка всей сети и всех приложений, связанных с работой в сети.
Другое предложение базируется на использовании беспроводных сетей с высокой скоростью передачи информации, например, на основе информации, передаваемой светом, что позволяет избежать проблем связанных с самим физическим строением сети. Например, Wireless LAN (беспроводные локальные сети) весьма удобны, но имеют недостаточную скорость передачи данных. В беспроводных сетях кроме радиоволн, для передачи информации можно использовать и другие явления, например, свет. Это позволило бы значительно увеличить скорость передачи информации, и избежать многих проблем имеющихся у проводных сетей.
Еще одна идея заключается в создании для администрирования информационных систем интеллектуального компьютера – нейрокомпьютера. Такое решение позволяет свести на нет роль человека в администрировании информационных систем, в то же время добиться максимального быстродействия сетей, и полного их соответствия заданным целям. Существуют первые компьютеры, проводящие вычисления с помощью молекул ДНК. Они предназначены для решения сложной задачи, и способны самообучаться, совершая какие либо ошибки. Аналогичные машины созданные для поддержания производительности сети, способны достигнуть достаточно большого прироста производительности.