Программное обеспечение компьютерных сетей
Программное обеспечение (ПО) компьютерных сетей отличается большим многообразием как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д.
Сетевые архитектуры компьютерных сетей
Компьютерные сети имеют сложную структуру из-за больших различий между компьютерными системами (техническое и программное обеспечение для ЭВМ, работающих в сети, разработаны различными организациями и часто бывают несовместимыми).
Решение задачи совместимости приводит к базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI (Open System Interconnection – связь открытых сетей).
Модель OSI представляет собой общие рекомендации для построения стандартов совместимых сетевых программных продуктов. Модель OSI служит базой для производителей сетевого оборудования.
Модель OSI создана Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта модель разделяет сетевые коммуникации на отдельные уровни, облегчающие разработку и внедрение сетей, а также служит базисом при разработке совместимого сетевого оборудования.
Она выполняет координирующие действия в области:
- взаимодействия прикладных процессов;
- форм представления данных;
- единообразного хранения данных;
- управления сетевыми ресурсами;
- безопасности данных и защиты информации;
- диагностики программ и технических средств.
Топология компьютерных сетей
Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством связывающих их каналов. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов. С точки зрения физического расположения функциональных компонентов сети (кабелей, рабочих станций и т.д.) и метода доступа к среде передачи можно выделить четыре базовые топологии: “общая шина”, “звезда»”, “кольцо” и “ячеистая (сотовая)”.
Сеть топологии общей шины
Сеть топологии общей шины(моноканальная сеть) – сеть, ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется подключением группы абонентских систем к моноканалу. К числу моноканальных сетей относятся сеть Ethernet, сеть Fast Ethernet, сеть ARCNet. Шинная топология обладает следующими преимуществами:
- она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна;
- шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;
- шинную топологию легко расширить;
- достоинством такой топологии является меньшая протяженность кабелей и более высокая надежность, так как выход из строя одного узла не нарушает работоспособности сети в целом.
Недостатки состоят в следующем:
- обрыв основного кабеля приводит к выходу всей сети из строя;
- интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети;
- слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом компьютере, входящем в сеть.
Преимущества сети звездообразной топологии:
- такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части;
- центральный концентратор звездообразной топологии удобно использовать для диагностики сети;
- отказ одного компьютера не всегда приводит к остановке всей сети;
- в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей.
Рис.14.3. Схема сети с топологией шины
3. Охарактеризуйте классы программного обеспечения компьютерных систем и сетей;
Программное обеспечение (ПО) — это совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения задач пользователя, и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе и минимум затрат труда на программирование задач и обработку информации.
Программное обеспечение принято делить на системное (базовое) и прикладное.
7.1. Системное программное обеспечение
Системное ПО (рис. 48) предназначено для повышения эффективности создания программ обработки информации и их реализации на компьютере, а также для предоставления пользователям определенных услуг по работе с ресурсами компьютера.
Рис. 2. Классификация системного ПО
Системное программное обеспечение (СПО) включает в себя:
- операционную систему (ОС) — обязательная часть СПО, обеспечивающая эффективное функционирование ПК в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с компьютером;
- сервисные программы, расширяющие возможности ОС, предоставляя пользователю и его программам набор дополнительных услуг;
- инструментальные программные средства, которые предназначены для эффективной разработки и отладки ПО;
- систему технического обслуживания, облегчающую диагностику, тестирование оборудования и поиск неисправностей в ПК, тем самым способствуя более высокой надежности и достоверности выполнения процедур преобразования информации.
7.1.1. Операционные системы
Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программ (программных средств — Software), определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т. д. — Hardware), привлекаемых для реализации этих операций. Многие процедуры управления аппаратными средствами компьютера являются более или менее стандартными и, по существу, не зависят от программных средств. Основной задачей операционной системы (ОС) и является автоматизация выполнения указанных стандартных, часто достаточно тривиальных процедур.
Функциональные связи между ресурсами вычислительной системы можно представить так, как показано на рис. 49.
Рис. 3. Связи между ресурсами вычислительной системы
- аппаратные средства, объединяющие технические элементы компьютера;
- программные средства, объединяющие все средства системного программного обеспечения;
- операционная система, автоматизирующая стандартные процедуры управления аппаратными и программными средствами;
- прикладная программа, реализующая решение конкретной задачи пользователя.
С точки зрения пользователя ОС формирует удобный пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, на фоне которого выполняется разработка и осуществляется исполнение прикладной программы пользователя.
С технической точки зрения ОС — комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами компьютера, процессами обработки информации, использующими эти ресурсы, и данными.
Управление ресурсами сводится к процедурам упрощения доступа к ресурсам, динамического распределения ресурсов между конкурирующими процессами. Следует иметь в виду, что ресурсом является любой объект вычислительной системы, который может использоваться вычислительными процессами и, соответственно, распределяться между ними.
Различают аппаратные и программные ресурсы. К аппаратным ресурсам относятся микропроцессор, дополнительные процессоры (например, математический сопроцессор, процессор прямого доступа к памяти и т. п.), основная память, внешняя память, принтер, видеомонитор и другие периферийные устройства. Распределяются между процессами, соответственно, процессорное время, сегменты и ячейки памяти и т. д. К программным ресурсам относятся все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными.
Управление процессами обработки информации заключается в организации и реализации эффективных режимов функционирования компьютера, таких как:
- однопользовательский и многопользовательский режимы (совместная работа с компьютером одновременно нескольких пользователей через отдельные терминалы);
- однопрограммный (однозадачный) и многопрограммный (многозадачный) режимы работы; многопрограммный режим работы в зависимости от режима доступа к ресурсам, в свою очередь, подразделяется на режимы:
- пакетной обработки (без непосредственного доступа пользователя, а с предварительным сбором и формированием всего блока (пакета) программ, подлежащих одновременному решению);
- разделения времени (одновременный диалоговый (интерактивный) доступ нескольких пользователей с разделением между ними каждого заранее фиксированного интервала машинного времени, или в соответствии с иной дисциплиной обслуживания);
- реального времени (с гарантированным временем обслуживания каждого обращения пользователя или внешнего терминала);
- режим формирования виртуальных машин (каждому пользователю в рамках основной конфигурации компьютера выделяется как бы отдельная машина меньшей производительности, возможно, со своей операционной системой);
- работа в однопроцессорных, многопроцессорных, многомашинных, в том числе и сетевых, вычислительных системах.
- командный интерфейс — пользователь должен прилично знать файловую систему и команды операционной системы и вводить их с клавиатуры в командную строку, имеющуюся на экране дисплея; такой интерфейс обеспечивается непосредственно MS-DOS;
- интерфейс в виде текстовых меню — пользователь должен ориентироваться в многочисленных меню и уметь выбрать в этих меню нужные команды и файлы по их наименованиям (обычно на английском языке); интерфейс этого типа реализуется многими оболочками ОС, в частности наиболее популярной оболочкой Norton Commander, а также Volkov Commander, FAR Manager и т. п.;
- интерфейс в виде графических меню — пользователь должен ориентироваться в многочисленных меню и панелях инструментов и уметь выбрать в этих меню нужные команды и файлы по условным графическим значкам, обычно сопровождаемым их наименованиям; интерфейс этого типа реализуется графическими интерфейсными системами MS Windows.
Управление данными имеет целью обеспечить идентификацию, организацию и хранение данных, обрабатываемых в компьютере. Под организацией данных понимается, в том числе и создание библиотек и баз данных, их актуализация, эффективный доступ к данным и их выборка. Характерной особенностью ОС ПК является то, что они обеспечивают «дружественный» пользовательский интерфейс. Дружественность ОС означает, что она обеспечивает необходимый сервис пользователю в процессе выполнения прикладных программ и обеспечивает комфортные условия программисту для разработки и отладки программ, а также для хранения, преобразования, отображения и копирования информации.
Операционные системы — важнейшая часть программного обеспечения, определяющая интерфейс пользователя при его работе на компьютере.
Интерфейс должен быть дружелюбным к пользователю и в этом аспекте можно говорить о трех уровнях общения пользователя с машиной: