Информационные технологии в локальных и корпоративных сетях

Размещено на http://www.allbest.ru/

информационный технология компьютерный сеть

Информационные технологии в локальных и корпоративных сетях

1. Понятие компьютерных сетей

Современные информационные технологии продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию к развитию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких методов обработки информации явились многомашинные системы, которые представляли собой совокупность вычислительных машин различной производительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией распределенных технологий обработки данных являются компьютерные сети различных уровней -- локальные, корпоративные, глобальные.

Информационные ресурсы сети представляют собой базы данных общего и индивидуального применения, ориентированные на решаемые в сети задачи.

Аппаратные ресурсы сети составляют компьютеры различных типов, средства территориальных систем связи, аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней.

Программные ресурсы сети представляют собой комплекс программ для планирования, организации и осуществления коллективного доступа пользователей к общесетевым ресурсам, автоматизации процессов обработки информации, динамического распределения и перераспределения общесетевых ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей.

Назначение компьютерных сетей:

обеспечить надежный и быстрый доступ пользователей к ресурсам сети и организовать коллективную эксплуатацию этих ресурсов;

обеспечить возможность оперативного перемещения информации на любые расстояния с целью своевременного получения данных для принятия управленческих решений.

Компьютерные сети позволяют автоматизировать управление отдельными организациями, предприятиями, регионами. Возможность концентрации в компьютерных сетях больших объемов информации, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность функционирования -- все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения средств вычислительной техники.

Использование компьютерных сетей предоставляет следующие возможности:

Организовать параллельную обработку данных несколькими ПК.

Создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных компьютеров.

Специализировать отдельные компьютеры для эффективного решения определенных классов задач.

Автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными компьютерами и пользователями сети.

Резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных ресурсов сети с целью быстрого восстановления нормальной работы сети.

Перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения потребностей и сложности решаемых задач.

Сочетать работу в различных режимах: диалоговом, пакетном, режиме «запрос-ответ», режиме сбора, передачи и обмена информацией.

Компьютерные сети можно классифицировать по разным признакам, представленным на рис. 1.

Рис. 1. Классификация компьютерных сетей

Характеристика различных видов компьютерных сетей представлена в табл. 1.

Таблица 1 Характеристика компьютерных сетей

Вид компьютерной сети . Характеристика компьютерной сети
По территориальной рассредоточенности
Глобальные	Объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Взаимодействие абонентов осуществляется посредством спутниковых каналов связи и телефонных линий
Региональные	Объединяют пользователей города, области, небольших стран и а качестве каналов связи чаще всего используют телефонные линии
Локальные	Связывают абонентов одной организации, расположенных в одном или нескольких близлежащих зданиях. Для связи абонентов используется единый высокоскоростной канал передачи данных
По типу ПК, входящих в сеть
Гомогенные	Сети, состоящие из программно совместимых компьютеров
Гетерогенные	Сети, в состав которых входят программно несовместимые компьютеры
По типу организации передачи данных
С коммутацией каналов	Характеризуются установлением прямой связи с абонентом на некоторое время в пределах общей очереди. Основным недостатком такой связи является ожидание соединения в общей очереди. Положительным качеством такой передачи является тот факт, что передача не может быть осуществлена вне очереди (произвольно), что повышает достоверность передачи информации в целом
С коммутацией сообщений	Характеризуются наличием узлов коммутации, которые получают сообщение, запоминают его и, в случае освобождения канала связи с абонентом по определенному адресу, передают это сообщение. Положительной стороной такой передачи является минимальное время ожидания, отрицательной - то, что сеть получается более дорогой (необходимо разработать специальное программное обеспечение узла коммутации), а при передаче большого объема информации (1 млн. байт) канал может быть занят несколько часов
С коммутацией пакетов	Позволяют длинное сообщение на передающем пункте разбивать на пакеты сообщений. Информация передается пакетами. Положительная сторона такого способа передачи - сокращается время ожидания передачи, отрицательная - необходимость иметь программное обеспечение, позволяющее разбивать на передающем пункте сообщение на пакеты с заголовком, адресом и контрольным числом, а на принимающем пункте - сборку сообщения по идентификатору
По режиму передачи данных
Широковещательные	Характеризуются тем, что в каждый момент времени на передачу данных может работать только одна рабочая станция, а все остальные станции в это время работают на прием
Последовательные	Характеризуются тем, что передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на разных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды
По характеру реализуемых функций
Вычислительные	Предназначены для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации
Информационные	Предназначены для получения справочных данных по запросу пользователей
Смешанные	Реализуют вычислительные и информационные функции
По способу управления
С централизованным управлением	Компьютерная сеть, в которой все функции управления и координации выполняемых сетевых операций сосредоточены в одном или нескольких управляющих компьютерах
С децентрализованным управлением	Компьютерная сеть, в которой каждый узел сета имеет полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций
Смешанные	Компьютерные сети, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления, например, задачи с высшим приоритетом решаются под централизованным управлением, а остальные задачи - под децентрализованным

2. Понятие локальных вычислительных сетей

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет совокупность компьютеров, расположенных на ограниченной территории и объединенных каналами связи для обмена информацией и распределенной обработки данных.

Организация ЛВС позволяет решать следующие задачи:

обмен информацией между абонентами сети, что позволяет сократить бумажный документооборот и перейти к электронному документообороту.

обеспечение распределенной обработки данных, связанное с объединением АРМ всех специалистов данной организации в сеть. Несмотря на существенные различия в характере и объеме расчетов, проводимых на АРМ специалистами различного профиля, используемая при этом информация в рамках одной организации находится в единой базе данных, поэтому объединение таких АРМ в сеть является целесообразным и эффективным решением.

поддержка принятия управленческих решений, предоставляющая руководителям и управленческому персоналу организации достоверную и оперативную информацию, необходимую для оценки ситуации и принятия правильных решений.

организация собственных информационных систем, содержащих автоматизированные банки данных.

* коллективное использование ресурсов, таких, как высокоскоростные печатающие устройства, запоминающие устройства большой емкости, мощные средства обработки информации, прикладные программные системы, базы данных, базы знаний.

При этом эффективность функционирования локальной вычислительной сети характеризуется:

Производительностью	Производительность ЛВС оценивается: * временем реакции на запросы клиентов ЛВС; * пропускной способностью, равной количеству данных, передаваемых за единицу времени; * задержкой передачи пакета данных устройствами сети
Надежностью	Для оценки надежности ЛВС вводятся такие характеристики, как коэффициент готовности и устойчивости к отказам, т. е. способность работать при отказе части устройств. Сюда же относят и безопасность, т. е. способность ЛВС защищать данные от несанкционированного доступа к ним
Расширяемостью	Расширяемость характеризует возможность добавления новых элементов и узлов в ЛВС
Управляемостью	Управляемость - это возможность контролировать состояние узлов ЛВС, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, анализировать и планировать работу ЛВС
Совместимостью	Совместимость - это возможность компоновки ЛВС на основе разнородных программных продуктов

ЛВС включает следующие основные компоненты:

1. Рабочие станции

2. Серверы

3. Сетевые адаптеры

4. Повторители и концентраторы

5. Мосты и концентраторы

6. Маршрутизаторы

7. Шлюзы

8. Каналы связи

9. Сетевая операционная система

Рабочая станция -- это персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к сетевым ресурсам. Рабочая станция функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме и обеспечивает пользователя всем необходимым инструментарием для решения прикладных задач.

Сервер -- это компьютер, выполняющий функции управления сетевыми ресурсами общего доступа: осуществляет хранение данных, управляет базами данных, выполняет удаленную обработку заданий, обеспечивает печать заданий и др.

Выделяют следующие виды серверов, представленных в таблице 2.

Таблица 2 Виды серверов и их назначение

Вид сервера	Назначение
Универсальный сервер	Предназначен для выполнения несложного набора различных задач обработки данных в локальной сета
Сервер базы данных	Выполняет обработку запросов, направляемых базе данных
Прокси-сервер (Proxy-сервер)	Обеспечивает подключение рабочих станций локальной сети к глобальной сети Internet
Web-сервер	Предназначен для работы с web-ресурсами глобальной сети Internet
Файловый сервер	Обеспечивает функционирование распределенных ресурсов, включая файлы и программное обеспечение
Сервер приложений	Предназначен для выполнения прикладных процессов. С одной стороны, взаимодействует с клиентами, получая задания, а с другой стороны, работает с базами данных, подбирая данные, необходимые для обработки
Сервер удаленного доступа	Обеспечивает сотрудникам, работающим дома торговым агентам, служащим филиалов, лицам, находящимся в командировках, возможность работы с данными сета
Телефонный сервер	Предназначен для организации в локальной сети службы телефонии. Этот сервер выполняет функции речевой почты, автоматического распределения вызовов, учет стоимости телефонных разговоров, интерфейса с внешней телефонной сетью. Наряду с телефонией сервер может также передавать изображения и сообщения факсимильной связи
Почтовый сервер	Предоставляет сервис в ответ на запросы, присланные по электронной почте
Терминальный сервер	Объединяет группу терминалов и упрощает переключения при их перемещении
Коммуникационный сервер	Выполняет функции терминального сервера, но при этом также осуществляет и маршрутизацию данных
Видеосервер	Снабжает пользователей видеоматериалами, обучающими программами, видеоиграми, обеспечивает электронный маркетинг. Имеет высокую производительность и большую память
Факс-сервер	Обеспечивает передачу и прием сообщений в стандартах факсимильной связи
Сервер защиты данных	Содержит широкий набор средств обеспечения безопасности данных и, в первую очередь, идентификации паролей

3. Сетевой адаптер (сетевая карта) относится к периферийным устройствам персонального компьютера, непосредственно взаимодействующим со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

Сетевые адаптеры выполняют семь основных операций при приеме или передаче сообщений, представленных в табл. 3.

Таблица 3 Основные операции, выполняемые сетевыми адаптерами

Наименование операции	Характеристика операции
Прием и передача данных	Данные передаются из ОЗУ ПК в адаптер или из адаптера в память ПК через программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа или разделяемую память
Буферизация	Для согласования скорости обработки различными компонентами ЛВС используются буфера. Буфер позволяет адаптеру осуществлять доступ ко всему пакету данных
Формирование пакета данных	Сетевой адаптер делит данные на блоки в режиме передачи и оформляет в виде кадра определенного формата или соединяет их в режиме приема данных. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации
Доступ к каналу связи	Сетевой адаптер использует набор правил, обеспечивающих доступ к среде передачи и позволяющих выявить конфликтные ситуации и контроль состояния сети
Идентификация адреса	Сетевой адаптер идентифицирует свой адрес в принимаемом пакете. Физический адрес адаптера может определяться установкой переключателей, храниться в специальном регистре или ПЗУ адаптера
Кодирование и декодирование данных	Сетевой адаптер формирует электрические сигналы, используемые для представления данных в процессе передачи их по каналам связи
Передача и прием импульсов	В режиме передачи сетевой адаптер передает закодированные электрические импульсы данных в канал связи, а при приеме направляет импульсы на декодирование

4. Повторители и концентраторы. Основная функция повторителя(repeater), как это следует из его названия, -- повторение сигналов, поступающих на его порт. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети узлами.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (concentrator) или хабом (hub), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Концентратор может выполнять следующие дополнительные функции:

объединение сегментов сети с различными физическими средами в единый логический сегмент;

автосегментация портов -- автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т. п.);

поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных;

защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения) и др.

5. Мосты и коммутаторы делят общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста или коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост или коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Основное отличие мостов и коммутаторов состоит в том, что мост обрабатывает кадры последовательно (один за другим), а коммутатор -- параллельно (одновременно между всеми парами своих портов).

6. Маршрутизаторы обмениваются информацией об изменениях структуры сетей, трафике и их состоянии. Благодаря этому выбирается оптимальный маршрут следования блока данных в разных сетях от абонентской системы-отправителя к системе-получателю.

7. Шлюз является наиболее сложнойретрансляционной системой, обеспечивающей взаимодействие сетей с различными наборами протоколов всех семиуровней модели открытых систем. Шлюзы оперируют на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представительском и прикладном) и представляют наиболее развитый метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей. Необходимость в сетевых шлюзах возникает при объединении двух систем, имеющих различную архитектуру, т.к. в этом случае требуется полностью переводить весь поток данных, проходящих между двумя системами.

В качестве шлюза обычно используется выделенный компьютер, на котором запущено программное обеспечение шлюза и производятся преобразования, позволяющие взаимодействовать нескольким системам в сети.

8. Каналы связи позволяют быстро и надежно передавать информацию между различными устройствами локальной вычислительной сети.

Выделяют следующие виды каналов связи

Кабельные технологии организации каналов связи.

* Витая пара состоит из 8 изолированных проводов, свитых по два между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Невысокая стоимость и небольшая масса этого вида передающей среды делает ее достаточно популярной для ЛВС. Основные недостатки витой пары -- плохая помехозащищенность, низкая скорость передачи информации, простота несанкционированного подключения, ограничения на количество станций в сети. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды.

Коаксиальный кабель представляет собой многожильный кабель с хорошей изоляцией. По сравнению с витой парой он обладает высокой механической прочностью, помехозащищенностью и более высокой скоростью передачи информации. Для промышленного использования выпускаются два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передает сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле. В современных ЛВС коаксиальный кабель получил значительное распространение.

Оптоволоконный кабель состоит из световодов, выполненных из кварцевого стекла толщиной в несколько микрон, помещенных в изоляционное покрытие. Имеет высокую скорость передачи информации. Он не подвержен действию электромагнитных полей, полностью пожаро-и взрыдобезопасен, практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он имеет следующие недостатки: высокая стоимость, сложность технологии сращивания кабеля, необходимость иметь дополнительное оборудование (модемы) для преобразования световых сигналов в электрические и т. д.

Беспроводные технологии организации каналов связи.

* Радиосвязь в ЛВС используется достаточно редко из-за экранированности зданий, ограничений юридического характера и низкой скорости передачи информации. Основное достоинство радиоканала -- отсутствие кабеля, за счет чего возможно обслуживать мобильные рабочиестанции.

Передача данных в микроволновом диапазоне использует высокие частоты и применяется как на коротких, так и на больших расстояниях.

Инфракрасные технологии функционируют на очень высоких частотах, приближающихся к частотам видимого света. Они могут быть использованы для установления двусторонней или широковещательной передачи на близких расстояниях. При инфракрасной связи обычно используют светодиоды для передачи инфракрасных волн приемнику. Инфракрасная передача ограничена малым расстоянием в прямой зоне видимости.

9. Сетевая операционная система

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и сервером. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях.

В сетевой операционной системе можно выделить несколько частей, представленных на рис. 4.

Одной из характеристик ЛВС является ТОПОЛОГИЯ (ИЛИ АРХИТЕКТУРА) СЕТИ.

Чаще всего в ЛВС используется одна из трех топологий:

шинная;

кольцевая;

звездообразная.

Большинство других топологий являются производными от перечисленных. К ним относятся: древовидная, иерархическая, полносвязная, гибридная.

Топология усредняет схему соединений рабочих станций. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия -- к шинной. 170

Шинная топология основана на использовании кабеля, к которому подключены рабочие станции. Кабель шины зачастую прокладывается в фальшпотолках здания. Для повышения надежности вместе с основным кабелем прокладывают и запасной, на который переключаются станции в случае неисправности основного (рис. 5).

Рис. 5. Схема построения шинной топологии ЛВС

Кольцевая топология характеризуется тем, что рабочие станции последовательно соединяются друг с другом, образуя замкнутую линию. Выход одного узла сети соединяется со входом другого (рис. 6).

Рис. 6. Схема построения кольцевой топологии ЛВС



Рис. 7. Схема построения звездообразной топологии ЛВС

Древовидная топология представляет собой более развитый вариант шинной топологии. Дерево образуют путем соединения нескольких шин, его используют, чтобы соединить сетью несколько этажей в здании или несколько зданий, расположенных на одной территории (рис.8).

Рис. 8. Схема построения древовидной топологии ЛВС

Полносвязная топология является наиболее сложной и дорогой. Она характеризуется тем, что каждый узел сети связан со всеми другими рабочими станциями. Эта топология применяется достаточно редко, в основном там, где требуется высокая надежность и скорость передачи информации (рис. 9).



Рис. 9. Схема построения полносвязной топологии ЛВС '

На практике чаще встречаются гибридные топологии ЛВС, которые приспособлены к требованиям конкретного заказчика и сочетающие фрагменты шинной, звездообразной или других топологий. Пример гибридной топологии представлен на рис. 6.10.

Самыми распространенными МЕТОДАМИ ДОСТУПА В ЛВС являются:

метод доступа Ethernet;

метод доступа Token ring;

метод доступа Arcnet.

Метод доступа Ethernet является самым распространенным в ЛВС. Свое название он получил от первой ЛВС, разработанной фирмой Xerox в 1972 г. Впоследствии вокруг проекта Ethernet объединились фирмы DEC, Intel и Xerox. В 1982 г. эта сеть была принята в качестве стандарта.

Метод доступа Ethernet характеризуется тем, что отправляемое сообщение одной станцией распространяется по шине в обе стороны и принимается одновременно всеми узлами, подключенными к общему кабелю. Но поскольку сообщение имеет адрес станции, для которой предназначена информация, она распознает данные и принимает их. Остальные станции сообщение игнорируют. Это метод множественного доступа. При этом методе доступа узел, прежде чем послать данные по каналу связи, прослушивает его, и только убедившись, что канал свободен, посылает пакет с сообщением. Если канал занят, узел повторяет попытку передать пакет через случайный промежуток времени. Несмотря на предварительное прослушивание канала, в сети могут возникать конфликты, заключающиеся в одновременной передаче пакетов двумя узлами. Они связаны тем, что имеется временная задержка сигнала при прохождении его по каналу: сигнал послан, но не дошел до узла, прослушивающего канал, вследствие чего узел счел канал свободным и начал передачу.

Метод доступа Arcnet используется в основном в ЛВС, имеющей центральный узел (компьютер или пассивный соединитель), к которому через концентратор подключены все ПК сети. Все сообщения в сети проходят через центральный узел, при этом коллизий (столкновений) сообщений не происходит. Метод доступа Arcnet является наиболее быстродействующим, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

Метод доступа Token Ring характеризуется тем, что сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из сети запрос. Сообщение последовательно передается от одной станции к другой. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий ПК распознает и получает только адресованное ему сообщение. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять по каналам связи одно за другим. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций в сети. Для того, чтобы кольцо при выходе одного узла продолжало функционировать, организуется обратный путь передачи информации или производится переключение на запасное кольцо.

3. Распределенная обработка данных

Организация ЛВС на предприятии дает возможность распределить ресурсы ПК по отдельным функциональным сферам деятельности и изменить технологию обработки данных в направлении децентрализации.

Распределенная обработка данных имеет следующие преимущества:

возможность увеличения числа удаленных взаимодействующих пользователей, выполняющих функции сбора, обработки, хранения и передачи информации;

снятие пиковых нагрузок с централизованной базы путем распределения обработки и хранения локальных баз на разных персональных компьютерах;

обеспечение доступа пользователей к вычислительным ресурсам ЛВС;

обеспечение обмена данными между удаленными пользователями.

При распределенной обработке производится работа с базой данных, т. е. представление данных, их обработка. При этом работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии -- на сервере.

Выделяют локальные и распределенные базы данных:

Локальная база данных - это база данных, которая полностью располагается на одном ПК. Это может быть компьютер пользователя или сервер.

Распределенная база данных характеризуется тем, что может размещаться на нескольких ПК, чаще всего в роли таких QK выступают серверы

В настоящее время созданы базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т. д.

Создание распределенных баз данных было вызвано двумя тенденциями обработки данных, с одной стороны -- интеграцией, а с другой -- децентрализацией.

Интеграция обработки информации подразумевает централизованное управление и ведение баз данных.

Децентрализация обработки информации обеспечивает хранение данных в местах их возникновения или обработки, при этом скорость обработки повышается, стоимость снижается, увеличивается степень надежности системы.

Доступ пользователей к распределенной базе данных (РБД) и администрирование осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных, которая обеспечивает выполнение следующих функций:

автоматическое определение компьютера, хранящего требуемые в запросе данные;

декомпозицию распределенных запросов на частные подзапросы к базе данных отдельных ПК;

планирование обработки запросов;

передачу частных подзапросов и их исполнение на удаленных персональных компьютерах;

прием результатов выполнения частных подзапросов;

поддержание в согласованном состоянии копий дублированных данных на различных ПК сети;

управление параллельным доступом пользователей к РБД;

*обеспечение целостности РБД.

ТЕХНОЛОГИЯ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР»

Распределенная обработка данных

реализуется с помощью технологии «клиент-сервер».

Эта технология предполагает, что каждый из компьютеров сети имеет свое назначение и выполняет свою определенную роль. Одни компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационно-вычислительными ресурсами (процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных), другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь их услугами.

Рассматриваемая технология определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.

Сервер -- это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис -- это процесс-обслуживания клиентов.

Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.

Сервисная функция в архитектуре «клиент-сервер» описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.

Клиенты -- это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя -- это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью.

Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.

Один из основных принципов технологии «клиент-сервер» заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на три группы, имеющие различную природу:

Первая группа	Это функции ввода и отображения данных
Вторая группа	Это прикладные операции обработки данных, характерные для решения задач данной предметной области (например, для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т. д.)
Третья группа	Это операции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т. д.)

В соответствии с этой классификацией в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

компонент представления, реализующий функции первой группы;

прикладной компонент, поддерживающий функции второй группы;

компонент доступа к информационным ресурсам, поддерживающий функции третьей группы.

Выделяют четыре модели реализации технологии «клиент-сервер»:

ь Модель файлового сервера

ь Модель доступа к удаленным данным

ь Модель сервера баз данных

ь Модель сервера приложений

Модель файлового сервера представляет наиболее простой случай распределенной обработки данных. Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Файловый сервер играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т. е. к файлам). На других ПК в сети функционирует приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент. Использование файловых серверов предполагает, что вся обработка данных выполняется на рабочей станции, а сервер лишь выполняет функции накопителя данных и средств доступа (рис. 12).

Рис. 12. Модель файлового сервера

К недостаткам технологии данной модели относят низкий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), небольшое количество операций манипуляции с данными (файлами), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т. д.

Модель доступа к удаленным данным существенно отличается от модели файлового сервера методом доступа к информационным ресурсам. В этой модели компонент представления и прикладной компонент также совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается операторами специального языка (SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки.

Запросы к информационным ресурсам направляются по сети серверу базы данных, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту не файлы, а необходимые для обработки блоки данных, которые удовлетворяют запросу клиента (рис. 13).

Рис. 13. Модель доступа к удаленным данным

Основное достоинство модели доступа к удаленным данным заключается в унификации интерфейса «клиент-сервер» в виде языка и широком выборе средств разработки приложений. К недостаткам можно отнести существенную загрузку сети при взаимодействии клиента и сервера посредством SQL-запросов и невозможность администрирования приложений, т.к. в одной программе совмещаются различные по своей природе функции (представления данных и прикладного компонента).

Модель сервера баз данных основана на механизме хранимых процедур. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. В этой модели компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере базы данных. Там же выполняется компонент доступа к данным, т. е. ядро СУБД (рис. 14).

14. Модель сервера баз данных

Достоинства модели сервера баз данных:

возможность централизованного администрирования прикладных функций;

снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур);

экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры.

Основной недостаток модели сервера баз данных является ограниченность средств написания хранимых процедур, представляющих собой разнообразные процедурные расширения SQL. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД из-за отсутствия возможности отладки и тестирования разнообразных хранимых процедур.

Модель сервера приложений позволяет помещать прикладные программы на отдельные серверы приложений. Программа, выполняемая на компьютере-клиенте, решает задачу ввода и отображения данных, т. е. реализует операции первой группы. Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения. Доступ к информационным ресурсам, необходимым для решения прикладных задач, обеспечивается так же, как в модели доступа к удаленным данным, т. е. прикладные программы обращаются к серверу базы данных с помощью SQL-запросов (рис. 15).

Рис. 15. Модель сервера приложений

Технологии «клиент-сервер» имеют следующие преимущества:

позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;

обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;

* предоставляют эффективный доступ к сетевым ресурсам.

Наряду с преимуществами технология «клиент-сервер» имеет и ряд недостатков:

неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, что влечет как минимум потерю сетевых ресурсов;

требует квалифицированного персонала для администрирования;

имеет более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.

4. Информационные хранилища

Применение технологии «клиент-сервер» не дает желаемого результата для анализа данных и построения систем поддержки и принятия решений. Это связано с тем, что базы данных, которые являются основой технологии «клиент-сервер», ориентированы на автоматизацию рутинных операций: выписки счетов, оформления договоров, проверки состояния склада и т. д., и предназначены, в основном, для линейного персонала.

Для менеджеров и аналитиков требуются системы, которые бы позволяли:

* анализировать информацию во временном аспекте;

формировать произвольные запросы к системе;

обрабатывать большие объемы данных;

интегрировать данные из различных регистрирующих систем.

Решением данной проблемы стала реализация технологии информационных хранилищ (складов данных

Основное назначение информационного хранилища -- информационная поддержка принятия решений, а не оперативная обработка данных. Технология информационного хранилища обеспечивает сбор данных из существующих внутренних баз предприятия и внешних источников, формирование, хранение и эксплуатацию информации как единой, хранение аналитических данных в форме, удобной для анализа и принятия управленческих решений.

Внутренние базы - локальные базы функциональных подсистем предприятия:

базы бухгалтерского учета;

базы финансового учета;

базы кадрового учета и т.д.

Внешние базы - базы, содержащие сведения других предприятий и организаций:

базы предприятий-конкурентов;

базы правительственных и законодательных органов и др.

Основные отличия локальной базы данных от информационного хранилища представлены в табл. 4.

Таблица 4 Отличия базы данных от информационного хранилища

Элемент отличия	База данных	Информационное хранилище
Данные, содержащиеся в системе	Оперативные данные организации	Внутренние данные организации, внешние данные других источников
Модели данных	Поддерживается одна модель данных	Поддерживается большое количество моделей данных
Выполняемые запросы	Запросы по оперативным данным предприятия, отражающим ситуацию на настоящий момент времени	Оперативные и ретроспективные запросы, содержащие данные предприятия и внешних организаций как на настоящий момент времени, так и за предыдущие периоды

В процессе перемещения данных из локальной базы данных в информационное хранилище выполняются следующие преобразования:

очищение данных -- устранение ненужной для анализа информации (адреса, почтовые индексы, идентификаторы записей и т. д.);

агрегирование данных -- вычисление суммарных, средних, минимальных, максимальных и других статистических показателей;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16. Технология помещения данных в информационное хранилище

преобразование в единый формат -- производится в том случае, если одинаковые по наименованию данные, взятые из разных внешних и внутренних источников, имеют разный формат представления (например, даты).

* согласование во времени -- приведение данных в соответствие к одному моменту времени (например, к единому курсу рубля на текущий момент).

Технология помещения данных в информационное хранилище представлена на рис. 16.

Данные, содержащиеся в информационном хранилище, обладают следующими свойствами:

1. Предметная ориентация	Данные организованы в соответствии со способом их представления в предметных приложениях
2. Целостность	Данные объединены едиными наименованиями, единицами измерения и т, д.
3. Отсутствие временной привязки	В отличие от локальных баз данных в информационном хранилище содержатся данные, накопленные за большой интервал времени (года и десятилетия)
4. Согласованность во времени	Данные приведены к единому моменту времени
5. Неизменяемость	Данные в информационных хранилищах не обновляются и не изменяются, они считываются из различных источников и доступны только для чтения

Существует три вида информационных хранилищ:

витрины данных;

информационные хранилища двухуровневой архитектуры;

информационные хранилища трехуровневой архитектуры.

Рис. 17. Принцип построения витрины данных (Можно не давать- ВЮ)

Витрины данных -- это небольшие хранилища с упрощенной архитектурой. Витрины данных строятся без создания центрального хранилища, при этом информация поступает из локальных баз данных и ограничена конкретной предметной областью, поэтому в разных витринах данных информация может дублироваться. При построении витрин используются основные принципы построения хранилищ данных, поэтому их можно считать хранилищами данных в миниатюре. Принцип построения витрины данных приведен на рис. 17.

Информационные хранилища двухуровневой архитектуры характеризуются тем, что данные концентрируются в одном источнике, к которому все пользователи имеют доступ. Таким образом, обеспечивается возможность формирования ретроспективных запросов, анализа тенденций, поддержки принятия решений. Принцип построения информационного хранилища двухуровневой архитектуры приведен на рис. 6.18.

Информационные хранилища трехуровневой архитектуры имеют структуру, представленную на рис. 19.



Рис. 19. Принцип построения информационного хранилища трехуровневой архитектуры

На первом уровне располагаются разнообразные источники данных -- локальные базы данных, справочные системы, внешние источники (данные информационных агентств, макроэкономические показатели). Второй уровень содержит центральное хранилище, куда стекается информация от всех источников с первого уровня, и, возможно, оперативный склад данных, который не содержит исторических данных и выполняет две основные функции:

источник аналитической информации для оперативного управления;

подготовка данных для последующей загрузки в центральное хранилище.

Под подготовкой данных понимают их преобразование и проведение определенных проверок. Наличие оперативного склада данных необходимо при различном регламенте поступления информации из источников. Третий уровень представляет собой набор предметно-ориентированных витрин данных, источником информации для которых является центральное хранилище данных. Именно с витринами данных и работает большинство конечных пользователей.

6.5. Геоинформационные системы

Возможность принятия руководством предприятия, района, города, региона единственно верного решения и эффективность интеллектуального труда работников повышается наибольшими темпами в том случае, когда удается собрать воедино и быстро проанализировать большие объемы разнообразной информации, не увеличивая в той же пропорции инвестиции и численность персонала. Для эффективного управления имеющимися ресурсами, планирования развития и оперативного управления всеми сферами жизни необходима автоматизированная система сбора, хранения и анализа информации, пригодная для выработки верных управленческих решений. Такую роль выполняют географические информационные системы (геоинформационные системы, ГИС), интегрирующие разнородную информацию в единый информационно-аналитический комплекс на основе географических и пространственных данных.

Географические данные -- это данные, которые описывают любую часть поверхности земли или объекты, находящиеся на этой поверхности. Они показывают объекты с точки размещения их на поверхности Земли, т. е. представляют собой «географически привязанную» карту местности.

Пространственные данные -- это данные о местоположении, расположении объектов или распространении явлений. Они представляются в определенной системе координат, в словесном или числовом описании.

Примеры географических и пространственных данных приведены на рис. 6.20.

В основе любой геоинформационной системы лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: стране, городе или континенте. База данных организуется в виде набора слоев информации.

Рис. 20. Примеры географических и пространственных данных

Основной слой содержит географические данные (топографическую основу). На него накладывается другой слой, несущий информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, промышленные объекты, коммунальное хозяйство, землепользование и др. Следующие слои детализируют и конкретизируют данные о перечисленных объектах, пока не будет дана полная информация о каждом объекте или явлении. В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Пример построения базы данных геоинформационной системы приведен на рис. 21.

Слой №1 ====Географические данные

Слой №2 ====Информация о жилом фонде

Слой №3 ====Информация о коммуникациях

Слой №4 ====Схемы грузопотоков

и т.д.

Рис. 21. Пример построения базы данных ГИС

Особенности геоинформационных систем:

Основой интеграции данных в ГИС является географическая информация, однако большинство задач, решаемых в геоинформационных системах, далеки от географических.

Основой интеграции технологий в ГИС являются технологии автоматизированного проектирования, но решаемые задачи далеки от проектных,

По определению ГИС относится к системам хранения информации, но по своему функциональному назначению геоинформационные системы можно отнести к классу систем обработки данных и управления.

Для работы геоинформационных систем требуются мощные аппаратные средства:

запоминающие устройства большой емкости;

системы отображения;

оборудование высокоскоростных сетей.

Программное ядро географической информационной системы состоит из ряда компонентов. Они обеспечивают:

ввод пространственных данных;

хранение данных в многослойных базах данных;

реализацию сложных запросов;

пространственный анализ;

просмотр введенной ранее и структурированной по правилам доступа информации;

преобразование растровых изображений в векторную форму;

моделирование процессов распространения загрязнения, геологических и других явлений;

анализ рельефа местности и др.

Выделяют следующие ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ, предоставляемые геоинформационными системами:

1. Формирование пространственных запросов и анализ данных

Улучшение интеграции внутри организации

Помощь в принятии обоснованных решений

Создание карт

1. Формирование пространственных запросов и анализ данных. ГИС помогает сократить время получения ответов на запросы клиентов; выявлять территории, подходящие для требуемых мероприятий; выявлять взаимосвязи между различными параметрами (например, почвами, климатом и урожайностью сельхозкультур); выявлять места разрывов электросетей.

Пример. Риэлторы используют ГИС для поиска, к примеру, всех домов на определенной территории, имеющих шиферные крыши, три комнаты и 10-метровые кухни, а затем выдачи более подробного описания этих строений. Запрос может быть уточнен введением дополнительных параметров, например стоимостных. Можно получить список всех домов, находящихся на определенном расстоянии от определенной магистрали, лесопаркового массива или места работы.

2. Улучшение интеграции внутри организации. Одно из основных преимуществ ГИС заключается в новых возможностях улучшения управления организацией и ее ресурсами на основе географического объединения имеющихся данных и возможности их совместного использования и согласованной модификации разными подразделениями. Возможность совместного использования и постоянно наращиваемая и исправляемая разными структурными подразделениями база данных позволяет повысить эффективность работы как каждого подразделения, так и организации в целом.

Пример. Компания, занимающаяся инженерными коммуникациями, может четко спланировать ремонтные или профилактические работы, начиная с получения полной информации и отображения на экране компьютера (или на бумажных копиях) соответствующих участков на пример водопровода, и заканчивая автоматическим определением жителей, на которых эти работы повлияют, и уведомлением их о сроках предполагаемого отключения или перебоев с водоснабжением.

3. Помощь в принятии обоснованных решений. ГИС -- это не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений, обеспечивающее ответы на запросы и функции анализа пространственных данных, представления результатов анализа в наглядном и удобном для восприятия виде.

Пример. ГИС помогает в решении таких задач, как предоставление разнообразной информации по запросам органов планирования, разрешение территориальных конфликтов, выбор оптимальных (с разных точек зрения и по разным критериям) мест для размещения объектов и т. д.

Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными текстовыми пояснениями, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет ответственным работникам сосредоточить свои усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысливание доступных разнородных данных. Можно достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффектный и эффективный.

4. Создание карт. Процесс создания карт в ГИС намного более прост и гибок, чем в традиционных методах ручного или автоматического картографирования. Он начинается с создания базы данных. В качестве источника получения исходных данных можно пользоваться и оцифровкой обычных бумажных карт. Основанные на ГИС картографические базы данных могут быть непрерывными (без деления на отдельные листы и регионы) и не связанными с конкретным масштабом.

Пример. Можно создавать карты (в электронном виде или как твердые копии) на любую территорию, любого масштаба, с нужной нагрузкой, с ее выделением и отображением требуемыми символами. В любое время база данных может пополняться новыми данными (например, из других баз данных), а имеющиеся в ней данные можно корректировать по мере необходимости. В крупных организациях созданная топографическая база данных может использоваться в качестве основы другими отделами и подразделениями, при этом возможно быстрое копирование данных и их пересылка по локальным и глобальным сетям.

6. Технология групповой работы. Корпоративные системы

Любая организация -- это совокупность взаимодействующих элементов (подразделений), каждый из которых может иметь свою структуру. Элементы связаны между собой функционально, т. е. они выполняют отдельные виды работ в рамках единого бизнес-процесса, а также информационно, обмениваясь документами, факсами, письменными и устными распоряжениями. Кроме того, эти элементы взаимодействуют с внешними системами, причем их взаимодействие может быть как информационным, так и функциональным. * 187

Для организации коллективной работы сотрудников разных подразделений организации были разработаны технологии обеспечения групповой работы. Они объединяют средства индивидуального и группового планирования заданий, предметных и офисных приложений, электронной почты, электронного документооборота, автоматизации деловых процессов, календарного планирования, что обеспечивает оптимальное использование человеческих, временных и информационных ресурсов организации.

Функции технологии обеспечения групповой работы реализуются посредством следующих программных модулей, представленных на рис.23.

ПРОГРАММНЫЕ МОДУЛИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ГРУППОВОЙ РАБОТЫ
Универсальный почтовый ящик
Электронная почта
Персональный календарь
Средство группового планирования
Управление заданиями
Последовательная маршрутизация
Управление деловыми процессами

Рис. 23. Функции технологии обеспечения групповой работы

Универсальный почтовый ящик -- собирает, фильтрует, сортирует, накапливает в иерархических папках все поступающие сообщения электронной почты, включая мультимедийные.

Электронная почта -- обеспечивает обмен сообщениями между сотрудниками независимо от их размещения в одном или нескольких зданиях.

Персональный календарь -- средство индивидуального планирования,. Позволяет отслеживать личные и плановые встречи, собрания,, другие производственные мероприятия.

Средства группового планирования -- обеспечивают планирование(встреч, собраний, событий для пользователей, групп и ресурсов, позволяют изменить расписание персональных календарей других сотрудников. Руководитель может просмотреть на экране календари нескольких сотрудников и внести в них изменения.