3 Основы сетевой технологии обработки данных в автоматизированных системах управления

В методологическом плане в автоматизированных системах управления применяются информационные технологии обработки данных, ориентированные на использование единого информационного пространства социально-экономической системы. При этом основополагающим принципом использования единого информационного пространства служит принцип сочетания централизованного и децентрализованного использования информации во всех структурных подразделениях социально-экономической системы. На практике указанный методологический подход позволяет обеспечить получение работниками управления со своих рабочих мест по запросу в режиме диалога любую интересующую их информацию, то есть создать автоматизированные рабочие места для разных категорий работников управления.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) - условное название программного пакета, обеспечивающего при помощи ЭВМ участие работника управления в реализации функций АСУ в некоторой предметной области (например, бухгалтерский учет и др.).

В структурном плане любое АРМ включает комплекс технических средств, программный комплекс и базы данных. Комплекс технических средств - это вычислительная техника, периферийные устройства и каналы связи. В состав программного комплекса входят общесистемное и прикладное программные обеспечения. Функционально автоматизированные рабочие места призваны обеспечить:

1. Поиск и анализ информации;

2. Моделирование экономико-организационных процессов;

3. Решение различных расчетно-логических задач;

4. Обработку информации с использованием баз данных.

Использование АРМ в автоматизированной системе осуществляйся на базе компьютерных сетей.

Компьютерной сетью называют совокупность взаимосвязанных через каналы связи компьютеров и периферийных устройств, обеспечивающих пользователям доступ к распределенным ресурсам сети (аппаратным, программным и информационным). Объединение компьютеров и периферийных устройств в сеть позволяет пользователям совместно использовать дорогостоящее оборудование (диски большой емкости, принтеры), основную память, программные средства, базы данных, а также обеспечивает простой, удобный и надежный доступ к распределенным общесетевым ресурсам, защиту информации от искажения и несанкционированного доступа.

Различают три вида компьютерных сетей: глобальные, региональные и локальные.

Глобальные сети объединяют пользователей, расположенных по всему миру. Региональные сети связывают пользователей региона (города, области, края и т. д.). Локальные сети объединяют компьютеры и периферийные устройства, расположенные на сравнительно небольшой территории, как правило, в здании, офисе или организации.

В локальной сети обеспечивается соединение компьютеров, периферийных устройств (принтеров, дисковых контролеров и др.) при помощи набора аппаратных и программных средств в единое целое с целью разделения доступа к общим ресурсам (дисковой памяти, периферийным устройствам, базам данных и др.).

Для повышения эффективности использования автоматизированных систем управления автоматизированные рабочие места, объединенные в локальные сети, должны иметь выход в региональную и глобальную сети.

В зависимости от способа организации обработки данных и взаимодействия пользователей в автоматизированных системах выделяют два типа локальных сетей: иерархические и клиент/сервер

В основу построения иерархической сети положено соединение центрального компьютера с терминалами пользователей. Центральный компьютер обеспечивает хранение, обработку данных и их представление пользователям. Пользователи взаимодействуют с Центральным компьютером с помощью терминала.

В сети клиент/сервер обработка данных разделена между двумя объектами: клиентом и сервером. В качестве клиента выступают рабочие станции пользователей, в качестве сервера - компьютер, выполняющий обработку запросов от рабочих станций и передающий результаты обработки клиенту. Как правило, сервер отвечает за хранение данных общего пользования, организацию доступа к этим данным и передачу данных клиенту. В ряде случаев сервер выполняет и функцию обработки данных.

На практике различают два вида сетей клиент/сервер: равноправную и с выделенным сервером.

Равноправная (одноранговая) сеть представляет собой систему, в которой нет единого центра управления взаимодействием рабочих станций пользователей и единого устройства хранения данных. Операционная система такой сети распределена по всем рабочим станциям, поэтому каждый пользователь одновременно может выполнять функции как сервера, то есть обслуживать запросы других рабочих станций, так и клиента, то есть направлять свои запросы другим рабочим станциям.

В отличие от одноранговых сетей в сетях с выделенным сервером один из компьютеров выполняет функции хранения данных общего пользования, организации взаимодействия между рабочими станциями, оказания сервисных услуг. Такой компьютер принято называть сервером сети. На сервере, как правило, используется сетевая операционная система. К нему подключают все разделяемые устройства, то есть жесткие диски, принтеры, модемы и т. д. Взаимодействие рабочих станций в сетях с выделенным сервером осуществляется, как правило, только через сервер.

По выполняемым функциям различают серверы файловый, прикладных программ, коммуникационный, доступа, печати, факс-сервер и резервного копирования данных.

Файловый сервер представляет собой компьютер, в котором хранятся общие данные пользователей сети, обеспечивающий доступ пользователей к этим данным.

Сервер прикладных программ - компьютер, обеспечивающий использование прикладных программ пользователей.

Коммуникационный сервер - устройство или компьютер, обеспечивающие предоставление пользователям локальной сети доступ к последовательным портам ввода/вывода коммуникационного сервера.

Сервер доступа - устройство или компьютер, позволяющие выполнять удаленную обработку заданий.

Сервер печати - устройство или компьютер, к которым подключены устройства печати, доступные пользователям сети.

Факс-сервер - устройство или компьютер, которые выполняют рассылку и прием факсимильных сообщений для пользователей локальной сети.

Сервер резервного копирования данных - устройство или компьютер, которые решают задачи создания, хранения и восстановления копий данных, расположенных на файловых серверах и рабочих станциях.

Для выполнения возлагаемых на компьютерную сеть функций в автоматизированной системе управления, таких, как хранение данных, подключение пользователей, находящихся за пределами объекта управления, удаленная обработка заданий и других, необходимы специализированные устройства и специальное программное обеспечение. К специализированным устройствам относятся устройства подключения и передачи данных, линии связи; к специальному программному обеспечению - сетевое программное обеспечение и драйверы устройств передачи данных.

Устройства подключения и передачи данных обеспечивают обмен информацией между компьютерами, то есть преобразование данных в электрические сигналы, подключение к искомому компьютеру и передачу сигналов по линии связи. К ним относятся: повторители, мосты, мультиплексоры, маршрутизаторы, шлюзы, последовательные порты, модемы и сетевые адаптеры.

Повторитель - устройство, позволяющее расширить сеть за счет усиления передаваемого сигнала. На практике устройства, выполняющие функции повторителя, часто называют хабами или концентраторами.

Мост объединяет несколько сегментов сети так, что передача данных между рабочими станциями внутри одного сегмента не влияет на передачу данных в других сегментах.

Мультиплексор позволяет осуществлять коммутацию (соединение) и сопряжение нескольких низкоскоростных каналов передачи данных рабочих станций с высокоскоростной передающей средой.

Маршрутизатор обеспечивает соединение разного типа сетей, в которых используется одна и та же операционная система или протокол обмена данными.

Шлюз позволяет организовать обмен данными между сетевыми объектами, использующими различные протоколы обмена.

Повторители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы часто выпускаются в виде отдельных плат, модулей или блоков. Все они могут устанавливаться в шасси или каркас, имеющий автономный блок питания и собственную шину. Модульная и блочная структура позволяют изменять и расширять возможности любой локальной сети.

Последовательные порты дают возможность подключать разнообразное оборудование (модем, принтер, сетевой адаптер) к рабочим станциям с использованием интерфейса KS 232.

Модем (модулятор/демодулятор) - интерфейсное устройство для передачи цифровых данных по аналоговым (телефонным) линиям связи. По используемым линиям связи различают модемы для телетайпных линий связи, обычных телефонных линий связи, широкополосные и высокоскоростные.

Сетевой адаптер представляет собой интерфейсную плату, которая используется для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует среду передачи данных, определяет достоверность принятых данных, формирует пакет для передачи данных, передает или принимает пакет. Сетевые адаптеры различаются по типу сети, используемой передающей среде (витая пара, коаксильный кабель и др.).

Линии связи (среда передачи данных) представляют собой физическую среду, с помощью которой устройства передачи данных обмениваются информацией. Наиболее часто в качестве линии связи используется кабель. Различают следующие виды подобных кабелей - витая пара, коаксильный и оптоволоконный. Использование того или иного вида кабеля осуществляется в зависимости от дальности передачи данных, наличия электромагнитных помех, скорости и режима передачи.

Функциональные возможности компьютерной сети определяются услугами, которые она предоставляет пользователю. Реализация услуг сети, обеспечение взаимодействия пользователей в автоматизированной системе, управление доступом пользователей к ресурсам вычислительной сети решаются сетевым программным обеспечением. Оно, как правило, не зависит от типа локальной сети или сети передачи данных.

Ядром сетевого программного обеспечения являются сетевые операционные системы. Основной их задачей является объединение неравноценных операционных систем автоматизированных рабочих мест и обеспечение транспортного уровня для широкого круга задач (обработка данных, передача сообщений, управление распределенными ресурсами сети). В настоящее время, по оценкам ученых, наиболее распространенными являются следующие сетевые операционные системы: Net Ware, LAN Server, Windows NT Server, Vines, Unix.

Драйвер устройств передачи данных представляет собой программу, которая выполняет роль интерфейса между сетевым программным обеспечением и устройством передачи данных. Драйвер создается для каждого конкретного типа устройства и определенной сетевой операционной системы. Его название, как правило, соответствует названию устройства передачи данных. Для организации обмена данными в драйвере наиболее часто закладывается следующая конфигурация параметров: порт ввода-вывода, прерывание, разделяемая память, канал прямого доступа к памяти. Указанные параметры обеспечивают взаимодействие драйвера и устройства передачи данных.

В компьютерной сети автоматизированные рабочие места соединяются между собой следующими базовыми топологиями: моноканальной (шина), звездообразной (звезда), кольцевой (кольцо) и смешанной. Топология представляет собой физическое расположение компьютеров, узлов коммутации и каналов связи в сети.

Сеть моноканальной топологии (шина) использует один канал связи, объединяющий все автоматизированные рабочие места. Рабочие станции подключаются к кабелю (передающей среде) последовательно с помощью трансиверов (приемопередатчиков).

Канал связи оканчивается с двух сторон пассивными терминалами, поглощающими передаваемые сигналы. Данные от передающего компьютера поступают всем компьютерам сети, однако воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом сообщении. Причем в каждый момент только один компьютер может вести передачу.

По звездообразной топологии соединения автоматизированных рабочих мест (звезда) каждая рабочая станция подключается непосредственно к центральному узлу коммутации и через него осуществляется обмен данными.

В кольцевой топологии соединения автоматизированных рабочих мест (кольцо) рабочие станции подключаются к повторителям (репитерам) сигналов, связанным в однонаправленное кольцо.

По методу доступа к каналу связи (среде передачи данных) различают два основных типа кольцевых сетей: маркерные и тактированные.

В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им «владеет».

В тактированном кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов - специально закодированных интервалов фиксированной длины. В каждом такте имеется бит - указатель занятости. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым узлом могут закрепляться определенные такты.

При смешанной топологии часто используются комбинации указанных базовых: «звезда-шина», «звезда-кольцо».

Применительно к автоматизированным системам управления предприятий, как правило, по административным зданиям создается моноканальная сеть, разбитая на ряд сегментов, между которыми обмен данными осуществляется через устройство коммутации (мост).

К шине сегмента администрации предприятия (директор и главные специалисты) подключается сервер. Моноканальная сеть сегмента администрации позволяет обмениваться данными между директором и главными специалистами, а через устройство коммутации с автоматизированными рабочими местами специалистов общехозяйственных служб и отделов.

Удаленные производственно-хозяйственные объекты предприятия подключаются к сегментам административного здания при помощи канала связи. Как правило, для этой цели используются каналы телефонной сети с модемом.

Устойчивость и бесперебойная работа вычислительной сети предприятия достигаются за счет использования в контуре АСУ администратора сети. В его функции входят физическая и программная организация работы сети, управление трафиком, поддержание в рабочем состоянии сетевого программного обеспечения и оборудования.