10.3. Программное обеспечение вычислительных сетей
Программное обеспечение вычислительных сетей обеспечивает организацию коллективного доступа к вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение ресурсов сети с целью повышения оперативности обработки информации и максимальной загрузки аппаратных средств, а также в случае отказа и выхода из строя отдельных технических средств и т.д.
Программное обеспечение вычислительных сетей включает три компонента:
общее программное обеспечение, образуемое базовым ПО отдельных ЭВМ, входящих в состав сети;
специальное программное обеспечение, образованное прикладными программными средствами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации задач управления;
системное сетевое программное обеспечение, представляющее комплекс программных средств, поддерживающих и координирующих взаимодействие всех ресурсов вычислительной сети как единой системы.
Особая роль в ПО вычислительной сети отводится системному сетевому программному обеспечению, функции которого реализуются в виде распределенной операционной системы сети.
Операционная система сети включает в себя набор управляющих и обслуживающих программ, обеспечивающих:
межпрограммный метод доступа (возможность организации связи между отдельными прикладными программами комплекса, реализуемыми в различных узлах сети);
доступ отдельных прикладных программ к ресурсам сети (и в первую очередь к устройствам ввода-вывода);
синхронизацию работы прикладных программных средств в условиях их обращения к одному и тому же вычислительному ресурсу;
обмен информацией между программами с использованием сетевых ;
выполнение команд оператора с терминала, подключенного к одному из узлов сети, на каком-либо устройстве, подключенном к другому удаленному узлу вычислительной сети;
удаленный ввод заданий, вводимых с любого терминала, и их выполнение на любой ЭВМ в пакетном или оперативном режиме;
обмен наборами данных (файлами) между ЭВМ сети;
доступ к файлам, хранимым в удаленных ЭВМ, и обработку этих файлов;
защиту данных и вычислительных ресурсов сети от несанкционированного доступа;
выдачу различного рода справок об использовании информационных, программных и технических ресурсов сети;
передачу текстовых сообщений с одного терминала пользователя на другие (электронная почта).
С помощью операционной системы сети: устанавливается последовательность решения задач пользователя; задачи пользователя обеспечиваются необходимыми данными, хранящимися в различных узлах сети;
контролируется работоспособность аппаратных и программных средств сети;
обеспечивается плановое и оперативное распределение ресурсов в зависимости от возникающих потребностей различных пользователей вычислительной сети.
Выполняемое с помощью операционной системы сети управление включает: планирование сроков и очередности получения и выдачи информации абонентам; распределение решаемых задач по ЭВМ; присвоение приоритетов задачам и выходным сообщениям; и членение конфигурации сети ЭВМ; распределение информационных вычислительных ресурсов сети для решения задач пользователя.
Оперативное управление процессом обработки информации с помощью операционной системы сети помогает организовать: учет выполнения заданий (либо определить причины их невыполнения); выдачу справок о прохождении задач в сети; сбор данных о работах, пополняемых в сети.
ОС отдельных ЭВМ, входящих в состав вычислительной сети, поддерживают потребности пользователей во всех традиционных видах обслуживания: средствах автоматизации программирования и отладки, доступа к пакетам прикладных программ и информации локальных баз данных и т.д.
Электронная почта обеспечивает передачу документов, успешно используется при автоматизации конторских работ. Передача между терминалами сообщений, например фототелеграмм, может также рассматриваться как разновидность электронной почты. Однако для большинства конкретных случаев использование электронной почты предполагает передачу сообщений через специальные , между которыми размещаются устройства обработки данных. ( — общая область памяти вычислительной сети, предназначенной для записи информации с помощью одной прикладной программы с целью ее дальнейшего использования другими прикладными программами, функционирующими в других узлах сети.) Накопление документов в таких и возможности их последующей дополнительной обработки имеют следующие преимущества:
отпадает необходимость в пересылке предварительных результатов и промежуточных рабочих материалов;
достаточно просто реализуется конфиденциальная связь, обеспечиваются приоритетность передачи данных, циркуляция документов в сети и другие виды информационной связи.
Программное обеспечение лвс
Независимо от того, в какой сети работает некоторый компьютер, функции установленного на нем программного обеспечения условно можно разделить на две группы:
управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров)
управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).
Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и виде сетевой ОС (СОС). При разработке сетевого ПО используется иерархический подход, предполагающий определение совокупности сравнительно независимых уровней и интерфейсов между ними. Это позволяет легко модифицировать алгоритмы программ произвольного уровня без существенного изменения других уровней. В общем случае допускается упрощение функций некоторого уровня или даже его полная ликвидация.
Для упорядочения разработки сетевого ПО и обеспечения возможности взаимодействия любых вычислительных систем, Международная Организация по Стандартизации (International Organization for Standardization — ISO) разработала Эталонную Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection Reference model — модель OSI).
Эталонная Модель определяет следующие семь функциональных уровней:
физический (physical layer);
канальный или управления линией (звеном) передачи (data link);
сетевой (network layer);
транспортный (transport layer);
сеансовый (session layer);
представительный (presentation layer);
прикладной или уровень приложений (application layer).
Отличия сетей друг от друга вызваны особенностями используемого аппаратного и программного обеспечения, различной интерпретацией рекомендаций фирмами-разработчиками, различием требований к системе со стороны решаемых задач (требования защищенности информации, скорости обмена, безошибочности передачи данных и т.д.) и другими причинами. В сетевом ПО локальных сетей часто наблюдается сокращение числа реализуемых уровней.
Аппаратные средства лвс
Основными аппаратными компонентами ЛВС являются: рабочие станции, серверы, интерфейсные платы и кабели.
Рабочие станции (PC) — это, как правило, персональные ЭВМ, которые являются рабочими местами пользователей сети. Иногда в PC, непосредственно подключенной к сетевому кабелю, могут отсутствовать накопители на магнитных дисках. Такие PC называют бездисковыми рабочими станциями. Основным преимуществом бездисковых PC является низкая стоимость, а также высокая защищенность от несанкционированного проникновения в систему пользователей и компьютерных вирусов. Недостаток бездисковой PC заключается в невозможности работать в автономном режиме (без подключения к серверу) и иметь собственные архивы данных и программ.
Серверыв ЛВС выполняют функции распределения сетевых ресурсов. Обычно его функции возлагают на достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большую ЭВМ или специальную ЭВМ-сервер. В одной сети может быть один или несколько серверов. Каждый из серверов может быть отдельным или совмещенным с PC. В последнем случае только часть ресурсов сервера оказывается общедоступной.
При наличии в ЛВС нескольких серверов, каждый из них управляет работой подключенных к нему PC. Совокупность компьютеров сервера и относящихся к нему PC часто называют доменом. Иногда в одном домене находится несколько серверов. Обычно один из них является главным, а другие — выполняют роль резерва (на случай отказа главного сервера) или логического расширения основного сервера.
Используемые сетевые адаптеры имеют три основные характеристики: тип шины компьютера, к которому они подключаются (ISA, EISA, Micro Channel и пр.), разрядность (8, 16, 32, 64) и используемый метод доступа к сетевому каналу данных.
Существуют различные схемы объединения компьютеров в ЛВС. Классическими считаются топологии «звезда», «кольцо» и «общая шина». Наиболее широко используются следующие стандартизованные методы доступа к сетевому каналу:
Ethernet (поддерживает шинную топологию);
Arcnet (поддерживает звездную топологию);
Token-Ring (поддерживает кольцевую топологию).
Конфигурация соединения элементов в сеть (топология) во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.
Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий:
широковещательных
последовательных.
В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.
В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию одному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка».
Для соединения компьютеров в ЛВС чаще всего используют коаксиальный кабель (тонкий и толстый). Помимо коаксиального кабеля может применяться «витая пара» и оптоволокно. В последнее время ведутся интенсивные работы по разработке и внедрению беспроводных радиосетей. Известные системы на их основе, по сравнению с кабельными системами, пока значительно уступают по скорости передачи данных и дальности приема (сотни метров), но позволяют создавать мобильные распределенные системы.
К дополнительному оборудованию ЛВС относят источники бесперебойного питания, модемы, трансиверы, повторители, а также различные разъемы (коннекторы, терминаторы).