<<
>>

Программное обеспечение и функционирование ЛКС

Программное обеспечение (ПО) ЛКС имеет иерархическую структуру, соответствующую семиуровневой модели ВОС. Это существенно облегчает задачу стандартизации ПО в соответствии с общепринятыми протоколами.
Известно, что основная задача ЛКС - обеспечение прикладных процессов, реализуемых АС сети. Выполнение прикладных процессов обеспечивается средствами прикладных программ сети (ППС), которые реализуют протоколы верхнего (прикладного) уровня модели ВОС и соответственно образуют верхний уровень программной структуры ЛКС. Выполнение процессов взаимодействия, с помощью которых осуществляется передача данных между прикладными процессами различных АС, производится средствами сетевых операционных систем, а также аппаратными средствами сети. Обычно программы СОС локальных сетей реализуют протоколы трех верхних уровней модели ВОС: прикладного уровня (вместе с ППС), представительного и сеансового. Протоколы нижних четырех уровней (транспортного, сетевого, канального и физического) реализуются преимущественно аппаратными средствами, но в принципе процедуры этих уровней (кроме физического) могут быть реализованы программно средствами СОС.

Сетевые операционные системы. СОС - это система программных средств, управляющих процессами в сети и объединенных общей архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов [34]. Они обеспечивают пользователям стандартный и удобный доступ к разнообразным сетевым ресурсам и обладают высоким уровнем прозрачности, т. е. изолируют от пользователя все различия, особенности и физические параметры привязки процессов к обрабатываемым ресурсам. Операционная система, управляющая работой ЛКС, является распределенной.

Она распределяет все ресурсы сети между АС и организует обмен между ними.

Возможны следующие варианты структур СОС ЛКС:

а) каждая РС сети реализует все функции СОС, т. е. хранит в своей ОП резидентную часть СОС и имеет доступ к любой нерезидентной части, хранящейся на внешних носителях;

б) каждая РС сети имеет копии программ только часто реализуемых функций СОС, копии программ редко реализуемых функций имеются в памяти только одной (или нескольких) РС;

в) каждая РС сети выполняет определенный набор функций СОС, причем этот набор является либо индивидуальным, либо некоторые функции будут общими для нескольких РС. Основные функции СОС выполняются сервером сети.

Различия в структурах СОС обусловлены принятыми способами управления ЛКС (децентрализованное или централизованное управление). Отличительной особенностью СОС ЛКС является наличие слоя операционных систем, обеспечивающего обмен информацией между РС сети.

В сетях с централизованным управлением, например, типа «клиент-сервер», сетевая операционная система, называемая также ОС сервера, обеспечивает выполнение базовых функций, таких как поддержка файловой системы, планирование задач, управление памятью. Сетевая операционная система и ОС рабочей станции абонентской системы могут быть не совместимы, и тогда для обеспечения взаимодействия сервера и РС в рабочую станцию вводится специальная программа, называемая сетевой оболочкой. Оболочка загружается в оперативную память РС как резидентная программа. Она воспринимает прикладные запросы пользователей сети и определяет место их обработки - в локальной ОС станции или в СОС на сервере. Если запрос должен обрабатываться в сети, оболочка преобразует его в соответствии с принятым протоколом, обеспечивая тем самым передачу запроса по нужному адресу.

В персональных компьютерах, используемых в качестве РС, применяются ОС с разной архитектурой и возможностями. Ядро ОС обычно дополняется набором сервисных программ, с помощью которых осуществляется начальная разметка дисков, установка параметров внешних устройств, тестирование оперативной памяти, выдача информации на печать, стыковка с другими РС и т.

д. Получило широкое распространение и фактически стандартизировано несколько «семейств» операционных систем - СР/М, MSX, MS DOS, Windows, Unix, OS/2, ориентированных на определенные классы компьютеров.

Для обеспечения эффективного функционирования ЛКС большое значение имеет выбор СОС. Когда ЛКС типа «клиент-сервер» имеет простую структуру с общей разделяемой средой, использовались такие СОС, как NetWare фирмы Novell, LAN Server фирмы IBM, LAN Manager фирмы Microsoft, Vines фирмы Banyan, выполненная на базе Unix, Windows NT. Они отличались между собой по таким параметрам, как надежность, удобство и разнообразие административных средств для управления сетью и работой пользователей, использование разделяемых ресурсов, наличие средств защиты информации от несанкционированного доступа, объем резидентской части, занимаемой сетевой оболочкой на РС, зависимость производительности сети от количества РС в ней, возможность использования нескольких серверов в сети. Каждая из указанных СОС имеет свои преимущества и недостатки: NetWare обладает хорошим сервисом файлов и их печати, Unix считается лучшим сервером приложений, первые версии Windows NT обладают конкурентоспособной службой файлов и печати, представляют собой неплохой сервер приложений и выгодно отличаются по показателю цена/производительность.

Однако по мере развития локальных сетей, превращения их в сложные электронные магистрали масштаба предприятия, указанные сетевые операционные системы стали все в меньшей степени удовлетворять возросшим требованиям. В настоящее время выбор СОС для современных многосегментных ЛКС свелся к дилемме: последние версии NetWare или Windows NT фирмы Microsoft. В «битве гигантов», т. е. двух фирм Novell и Microsoft, уверенную победу одерживает Microsoft, продукция которой по всему миру завоевывает все более широкие рынки. Со временем, видимо, Windows NT практически вытеснит NetWare с рынка.

Привлекательность системы Windows NT (особенно последних ее версий, в частности, Windows NT 5.0, получившая широкое распространение под названием Windows 2000) объясняется многими факторами: эффективными и постоянно прогрессирующими решениями компании Microsoft, закладываемыми в архитектуру системы; тесной связью системы с клиентскими ОС; расширением ее функциональности и интегрируемости с другими системами; ростом производительности и снижением стоимости.

В настоящее время большинство серверов Internet работают под управлением Windows NT.

Операционная система Windows NT относится к типу «клиент-сервер». Ее архитектура отвечает современным требованиям к ОС и имеет ряд новых особенностей и преимуществ [39]:

• наличие специального компонента для управления взаимодействием клиентов и сервера: прикладные программы не имеют прямого доступа к аппаратным средствам и защищенным компонентам ОС, их запросы воспринимаются, контролируются и выполняются специальным компонентом ОС - исполняющей системой NT Executive, основу которой составляет микроядро. Именно микроядро управляет взаимодействием клиентов и сервера;

• переносимость, т. е. возможность работы на многих аппаратных платформах (на Intel - компьютерах с процессорами Pentium, на RISC - компьютерах RiMIPS R4x00, Digital Alpha AXP21xxx, Motorola Power PC60x и др.);

• масштабируемость, т. е. способность полностью использовать возможности симметричных многопроцессорных систем, способность эффективно управлять работой локальной сети в режиме «клиент-сервер»;

• наличие более совершенной системы защиты, причем объектом защиты может быть любой ресурс - файл, программа, процесс, устройство, пользователь;

• наличие привилегированных подсистем, требующих доступа к системным ресурсам, которые обычно не предоставляются прикладным программам;

• поддержка распределенной обработки данных по запросам практически неограниченного числа пользователей, поддержка рабочих групп пользователей и разнообразных транспортных протоколов;

• возможность работы с любыми файловыми системами, что обеспечивает разнообразные возможности ОС;

• наличие системы приоритетов для выполняемых процессов и операций. Высший приоритет присваивается операциям ввода-вывода, выполняемым в режиме реального времени;

• возможность параллельной обработки в симметричных многопроцессорных системах;

• высокая надежность и отказоустойчивость, обеспечиваемые архитектурными решениями и избыточностью в уязвимых точках аппаратных и программных средств компьютера;

• возможность репликации (тиражирования) каталогов с одного сервера на другой, что весьма полезно в компьютерных сетях.

Благодаря такой возможности пользователи могут обращаться к сетевым сервисам, не ожидая ответа от конкретного сервера.

Указанные особенности и преимущества обусловили широкие сферы применения Windows NT. Наиболее широкая сфера использования этой системы связана с компьютерными сетями, где она применяется в качестве СОС.

Система Windows NT Server может использоваться в качестве [39]:

• сервера управления функционированием компьютерной сети (ЛКС, ККС, ГКС);

• сервера удаленного доступа, позволяющего пользователю удаленной рабочей станции, связанной с сетью через этот сервер, чувствовать себя полноправным клиентом сети;

• сервера обеспечения защиты данных от несанкционированного доступа и контроля за доступом;

• файл-сервера, обеспечивающего создание централизованного хранилища большого количества файлов для коллективного использования;

• сервера приложений, приспособленного для работы в системах клиент-сервер в качестве высокопроизводительного компьютера, выполняющего запросы РС;

• сервера печати, обеспечивающего выполнение запросов пользователей сети на печатные работы;

• сервера домена, обеспечивающего централизованное управление и защиту в больших сетях, где формируются домены - произвольные группы серверов, использующих единую базу учетных записей пользователей и политику защиты. Один из серверов этой группы, т. е. домена, выполняет функции контроллера домена (сервера домена);

• сервера резервирования данных, обеспечивающего возможность резервного копирования файлов на магнитную ленту;

• сервера связи для соединения различных сегментов многосегментной сети, а также сопряжения разнородных сетей, прежде всего, с довольно распространенной сетью NetWare.

В связи с постоянным ростом популярности системы Windows NT ряд фирм выпустили продукты, позволяющие ее совместную работу с другими сетями.

В сетях с децентрализованным управлением, или одноранговых сетях (по сравнению с ЛКС с централизованным управлением их существенно меньше), объединяются компьютеры, каждый из которых может быть и сервером, и клиентом.

В такой сети любой компьютер работает под управлением обычной дисковой ОС, а для выполнения сетевых функций в его оперативную память загружаются программы одноранговой СОС.

Для одноранговых ЛВС популярными СОС являются NetWare Lite фирмы Novell и LANtastic фирмы Artisoft. Большинство этих систем базируются на ОС ПЭВМ типа MS DOS, OS/2, Unix и Windows.

Система NetWare Lite довольно удобна для управления работой небольших одноранговых сетей топологии Ethernet и Token Ring. В сети с системой NetWare Lite управление сетью сравнительно простое, оно включает распределение ресурсов между пользователями, управление доступом к сети и другие задачи. Здесь также может быть введен администратор, однако, как правило, каждый пользователь сам решает, какие ресурсы своей АС он выделяет в общее распоряжение. Система NetWare Lite работает в среде MS DOS, поэтому ее возможности, предоставляемые прикладным программам, не отличаются от возможностей DOS (например, режим «клиент-сервер» здесь невозможен).

Система LANtastic (выпущена фирмой Artisoft в 1987 году) является одной из первых одноранговых СОС. Она очень удобна для пользователей одноранговых сетей, работающих в упрощенном режиме, когда основные операции в сети сводятся к передаче небольших сообщений между компьютерами и использованию в режиме разделения времени общих файлов или устройств. Фирма Artisoft готовит усовершенствованные версии этой СОС, обеспечивающие, в частности, повышенную производительность операций ввода-вывода для эффективной многопользовательской работы с базами данных.

В одноранговых ЛКС применяются также более совершенные СОС: Windows for Workgrups, Personal NetWare, POWERLan.

Сетевые операционные системы обеспечивают выполнение обширных, но лишь общих функций ЛКС (поддержка файл-сервера, обеспечение многопользовательской работы, безопасности и секретности данных и т. д.), но они не могут самостоятельно реализовать многочисленные прикладные процессы. Например, не все СОС имеют собственные средства программирования электронной почты - одного из основных приложений ЛКС. Поэтому важным требованием к большинству современных прикладных программных средств является их способность работать в условиях локальных сетей, т. е. выполнять функции прикладных программ сети (ППС).

В состав наиболее известных ППС входят:

- текстовые процессоры нового поколения (Word 97, Word 2000);

- пакеты электронных таблиц, или табличных процессоров (SuperCalc-5, Lotus 1-2-3 версии 2.01 и 3.0, Quatro Pro версии 3.0, Excel 7.0);

- СУБД (Access, dBASE - 4;5, CLIPPER - 5.0, Paradox 5.0 и др.);

- пакеты группового обеспечения (Notes, Offis Vision);

- пакеты электронной почты (Microsoft Mail);

- интегрированные пакеты (Sumphony, FrameWork);

- пакеты телесвязи для обеспечения передачи файлов между ПК (CROSSTALK, SMARTTERM, SMARTODM II, KERMIT).

Эти ППС должны обеспечивать возможность функционирования в сети определенного типа. В настоящее время более 90 % рынка объединились вокруг сетей Ethernet и Token Ring. Именно к этим типам сетей приспосабливаются большинство разработчиков сетевых программных средств.

На эффективность функционирования ЛКС оказывают влияние следующие основные факторы:

- уровень квалификации пользователей сети. ЛКС - человеко-машинная система, поэтому выходной эффект ее функционирования определяется характеристиками всех трех групп элементов - эргатических, неэргатических и производственной среды;

- качество и возможности СОС, особенно разнообразие и удобство административных средств для управления сетью и работы пользователей, использование общесетевых ресурсов, зависимость производительности от количества РС в сети;

- топология сети и используемые в ней протоколы передачи данных;

- количество и возможности аппаратного обеспечения сети (в том числе возможности передающей среды по пропускной способности) и ППС;

- количество АС в сети, степень их активности, технология работы пользователей, время на удовлетворение запросов пользователей;

- объем и технология использования информационного обеспечения (баз данных и баз знаний);

- перечень предоставляемых услуг и их интеллектуальный уровень;

- средства и методы защиты информации в сети;

- средства и методы обеспечения отказоустойчивости ЛКС;

- методы планирования распределенного вычислительного процесса;

- режимы функционирования сети.

Сетевое программное обеспечение, осуществляющее управление одновременной обработкой информации в различных узлах сети, с точки зрения пользователей является распределенной операционной средой (системой) [34], принципиальное отличие которой от традиционных централизованных ОС заключается в необходимости применения средств передачи сообщений между одновременно реализуемыми процессами и средств синхронизации этих процессов. Параллельные вычислительные процессы могут возникать между процессами: внутри одной задачи, в разных задачах, в задачах пользователя и самой РОС.

Взаимодействие асинхронных параллельных процессов в сети, обеспечиваемое РОС, включает три элемента: инициацию, завершение и синхронизацию. Процесс инициируется и завершается путем посылки сообщения локальной операционной системе, находящейся в другом узле сети. Процессы и сообщения дополняют друг друга: сообщения инициируют выполнение процессов, а процессы вызывают посылку сообщений. Для синхронизации процессов используется механизм событий. Она считается выполненной корректно, если результат параллельных вычислений совпадает с результатом последовательных вычислений.

Организация вычислительных процессов в ЛКС сопровождается планированием использования выделяемых ресурсов. Методы планирования отличаются большим многообразием, что объясняется многообразием структуры, режимов работы и методов управления ЛКС. В частности, выбор метода планирования тесно связан с режимом функционирования ЛКС. Выделяются следующие режимы: однопрограммная (однозадачная) пакетная обработка, многопрограммная (многозадачная) пакетная обработка, однопрограммная мультипроцессорная обработка (т. е. параллельная обработка одной программы на нескольких компьютерах сети), однопрограммная обработка в режиме разделения времени (многопользовательские системы), многопрограммная обработка в режиме разделения времени, многопрограммная мультипроцессорная обработка (универсальный режим работы сети).

Основными критериями оптимальности плана использования вычислительных ресурсов ЛВС для ее терминированных параллельных программ могут быть: минимизация времени выполнения программ (требуется минимизировать максимальное время выполнения программ при заданном количестве доступных процессов), минимизация количества требуемых РС (минимизируется количество процессов, обеспечивающих выполнение программ за время, не превышающее заданное), минимизация среднего времени окончания выполнения заданий (ориентирована на наиболее быстрое в среднем освобождение занимаемых ресурсов сети), максимизация загрузки РС сети, минимизация времени простоев РС. Последние два критерия направлены на более полное использование процессорного времени.

Эффективность функционирования ЛКС в значительной степени определяется способами создания и ведения баз данных. В локальных сетях для создания БД реализованы две архитектуры: файл-сервер и «клиент-сервер».

В случае использования архитектуры файл-сервер файлы базы данных располагаются на дисках файл-сервера (в качестве файл-сервера применяется мощный ПК на процессоре Реийиш или 80486), и все рабочие станции получают к нему доступ, т. е. на РС устанавливаются сетевые версии широко распространенных СУБД персональных компьютеров. Основной недостаток такой архитектуры заключается в необходимости пересылки по линиям связи сети фрагментов файлов базы данных значительных объемов, что приводит к быстрому насыщению сетевого графика и возрастанию времени реакции информационной системы, следовательно не обеспечивается достаточная производительность сети (особенно при большом количестве РС).

В архитектуре «клиент-сервер» этот недостаток устранен, поэтому обеспечивается совместная работа многих пользователей с большими БД в реальном масштабе времени. Помимо файл-сервера к сети подключается еще один мощный компьютер (СУБД-сервер, или сервер БД) исключительно для работы с БД. Сама база данных может располагаться на дисках СУБД-сервера или файл-сервера. Принимая запросы от РС на поиск данных в

БД, СУБД-сервер сам осуществляет поиск и его результаты отсылает через сеть в запросившую их РС. Следовательно, по сети передаются только запрос и найденные данные. СУБД-сервер обычно работает в среде многозадачной ОС, которая сама занимается распределением ресурсов при поступлении одновременно нескольких запросов от РС.

Важным фактором в обеспечении высокой эффективности функционирования ЛКС является организация распределенной базы данных, представляющей собой логически единую базу данных, отдельные физические части которой размещены на нескольких РС сети. Основная особенность РБД - ее «прозрачность», означающая независимость пользователей и прикладных программ от способа размещения информации на РС сети. Локализация данных, декомпозиция запросов и композиция результатов должны выполняться системой без участия пользователей. В процессе работы пользователи не должны учитывать, что их запросы будут обрабатываться в сети, возможно, на нескольких РС. Администрирование и доступ пользователей к РБД осуществляются с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД). Основные функции СУРБД: планирование обработки запросов пользователей к РБД; определение РС, на которой хранятся запрашиваемые данные; декомпозиция распределенных запросов на частные подзапросы к БД отдельных РС; передача частных подзапросов и их выполнение на удаленных РС; прием результатов выполнения частных подзапросов и композиция общего результата; управление параллельным доступом к РБД многих пользователей; обеспечение целостности РБД.

До сих пор рассматривались процессы функционирования локальной сети с фиксированной кабельной системой, направленные на удовлетворение запросов «местных» пользователей, работающих в составе АС сети. Однако пользователи ЛКС могут быть удалены от сети на значительные расстояния и связаны с ней обычным телефонным кабелем. Таким удаленным абонентам, в распоряжении которых имеется свой компьютер, должна быть предоставлена возможность использования ресурсов сети наравне с «местными» абонентами.

Существуют два способа установления и обеспечения взаимосвязи ЛКС- удаленный абонент, различающиеся используемыми для их реализации программноаппаратными средствами и степенью удобства для абонента [39].

Первый способ, называемый «удаленный клиент» или «удаленный вход в систему» (remote login), реализуется путем подключения удаленного персонального компьютера (УПК) к сети через коммутатор или мост, построенный на базе персонального компьютера. Связь между УПК и мостом осуществляется обычно по телефонному кабелю. Вход в ЛКС происходит так, как будто УПК физически присоединен к сети.

Кроме простоты реализации, преимуществом этого способа является предоставление УПК полного комплекта переадресуемых дисководов. Следовательно, прикладные программы могут использовать стандартные пути доступа к файлам программ и данных. Основной и существенный недостаток способа - его инерционность, большое время реакции на запрос удаленного абонента из-за малой скорости передачи данных по телефонной линии. Это особенно заметно, когда при реализации этого способа приходится перемещать большие файлы и прикладные программы. Такой способ целесообразно использовать, если основная масса прикладных программ выполняется локально на УПК, а к сети обращение происходит только с целью передачи небольших файлов.

Второй способ, именуемый «передача экрана» (screen transfer), реализуется путем подключения УПК к так называемому серверу доступа, который непосредственно подсоединен к сети. Связь между УПК и сервером доступа - также по телефонному кабелю. УПК осуществляет контроль над сервером доступа: по командам, набранным на своей

клавиатуре, он посылает запросы к серверу доступа и принимает на экране дисплея ответные сообщения.

Серверы доступа обеспечивают удаленным абонентам дистанционный доступ к общесетевым ресурсам. Они выполняют эту шлюзовую функцию с помощью программных средств дистанционного управления. Будучи подключенным к ЛКС, сервер доступа по запросу УПК может извлекать нужную прикладную программу с жесткого диска сетевого сервера и выполнять ее с помощью своих собственных процессорных плат. Дисплеи взаимосвязанных УПК и сервера доступа работают параллельно, позволяя нажатием клавиш на клавиатуре УПК управлять сервером доступа и обеспечивать вызов на экран УПК той информации, которая отображается на экране сервера доступа. Посылая вызов серверу доступа, удаленные абоненты могут пользоваться услугами электронной почты, передавать файлы, выводить данные на печатающее устройство сети, получать доступ к серверу телефаксов для отправки факсимильной информации. Серверы доступа являются хорошим средством для использования баз данных в режиме «клиент-сервер».

Такой способ присоединения УПК к ЛКС отличается малой инерционностью, так как прикладные программы выполняются на подключенном к сети компьютере, где они получают доступ к быстродействующим сетевым связям и ресурсам. Его целесообразно использовать, когда прикладные программы удаленных абонентов хранятся в сети. Удаленное выполнение этих программ уменьшает количество потоков данных, которые должны передаваться по медленно действующим телефонным линиям. Передаются только команды и изображения экранов с помощью программы передачи экрана.

В компьютерных сетях серверы доступа могут, как правило, обрабатывать запросы от нескольких одновременно работающих УПК.

В составе современных СОС имеются программные компоненты, обеспечивающие реализацию рассмотренных способов взаимодействия УПК и ЛКС. Это программы удаленного доступа и программы удаленного управления, реализующие соответственно способы «удаленный клиент» и «передача экрана».

5.5.

<< | >>
Источник: А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы. 2009

Еще по теме Программное обеспечение и функционирование ЛКС:

  1. Программное обеспечение
  2. Богомазова Г.Н.. Установка и обслуживание программного обеспечения персональных компьютеров, серверов, периферийных устройств и оборудования, 2015
  3. Эд САЛЛИВАН. ВРЕМЯ — ДЕНЬГИ Создание команды разработчиков, программного обеспечения, 2001
  4. Том ДеМарко. Вальсируя с Медведями Управление рисками в проектах по разработке программного обеспечения, 2005
  5. Алистэр Коуберн. Люди как нелинейные и наиболее важные компоненты в создании программного обеспечения, 1999
  6. 2.4.1. Программный анализатор
  7. КОНЦЕПЦИЯ ПРОГРАММНО - РОЛЕВАЯ
  8. 2.4.1. Программный анализатор
  9. Перевод программных вопросов в анкетные
  10. § 7.4. Функционирование коммуникаций в организациях
  11. Глава 39 О ПРОГРАММНЫХ СВОЙСТВАХ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
  12. § 4. Механизм функционирования права собственности
  13. Раздел II. Социальное функционирование журналистики
  14. РАЗДЕЛ II СОЦИАЛЬНОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЖУРНАЛИСТИКИ