ЛЕКЦИЯ 4

СЕТЬ – ОСНОВА РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Понятие сети в контексте информационно-коммуникационных технологий

Сеть – это взаимодействующая совокупность объектов, связанных друг с другом линиями связи.

В информационных процессах, системах и технологиях под термином “сеть” понимают как минимум несколько информационно-коммуникационных устройств и иных вычислительных машин, соединённых между собой с помощью специального оборудования для обеспечения вычислений и обмена различными видами информации. Сложные сети подразумевают большое количество пользователей, разветвлённую структуру, узлы коммутации и коммуникации, соединяющие всех в единую структуру.

Основу современных информационно-коммуникационных технологий составляют вычислительные сети – средства связи (телекоммуникации), с помощью которых распределённые в пространстве компьютеры объединяются в систему.

Функции сетей:

1. вычислительная - представление вычислительного комплекса, который включает территориально распределённую систему компьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему для проведения измерений, экспериментов, сложных объединённых математических вычислений и т.п. работ, в том числе в автоматических и автоматизированных системах;

2. коммуникационная - система объектов, осуществляющих функции создания (генерации), преобразования, хранения и потребления продукта и линий передачи, по которым осуществляется передача этого продукта внутри сети;

3. информационная - информация выступает в качестве продукта создания, переработки, хранения и использования.

Отметим, что по области использования (распространения) выделяют локальные, региональные (территориальные) и глобальные сети.

Локальные сети (Local Area Network) обеспечивают взаимодействие небольшого числа однородных компьютеров на небольшой территории.

Территориальные сети - (Wide Area Network, WAN) сети, охватывающие различные географические пространства.

Региональные сети обычно охватывают административную территорию города, области и т.п., а также производственные и иные объединения, расположенные в нескольких районах города, нескольких городах и т.п.

Глобальная вычислительная сеть (Wide Area Network, WAN) – это множество географически удалённых друг от друга компьютеров (host-узлов), взаимодействующих между собой с помощью каналов передачи данных и специального программного обеспечения – сетевых операционных систем.

Хост-компьютеры – мощные многопользовательские вычислительные системы (сервера), а также специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи персональных компьютеров становятся абонентами такой сети после подключения своих компьютеров к её основным узлам.

Интернет - глобальная сеть, состоящая из большого количества сетей различного назначения, выполняющих разные задачи. Интернет образует интегрированную сеть (интегрирует все функции) - совокупность расположенных в различных странах взаимосвязанных информационных сетей, называемых подсетями.

С точки зрения организации существует разделение сетей на три вида: реальные, искусственные и одноранговые.

К реальным сетям относят такие, в которых компьютеры соединяются между собой по определённой схеме посредством специальных устройств – сетевых адаптеров и требуется присутствие специалистов, осуществляющих контроль и эксплуатацию таких сетей. Они называются “real network или Network With an Attitude” (NWA).

Искусственные сети не требуют специального сетевого жёсткого диска. Компьютеры в этих сетях связываются между собой через последовательные или параллельные порты без специальных сетевых адаптеров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой (англ. “zero-slot network”), так как ни в один из слотов компьютера не включен сетевой адаптер. Такие сети работают очень медленно и, как правило, позволяют осуществлять одновременную работу лишь с двумя компьютерами.

Одноранговые сети организуются по принципу “равный среди равных” (англ. “peer-to-peer network”) и относятся к промежуточному типу между реальными и искусственными. В такой сети в зависимости от необходимости каждый компьютер может быть сервером или РС. Например, РС с подключённым к ней принтером может использоваться как сетевой сервер печати и т.п. Преимущество таких сетей заключается в предоставлении ими почти таких же возможностей (сервисов), как и в реальных сетях, при том, что их гораздо легче устанавливать и обслуживать. Кроме того, не требуется однозначно выделять серверы, так как любой компьютер может быть сервером и одновременно клиентом.

Структура построения сетей (топология), в первую очередь, определяется способом соединения компьютеров между собой.

Топология - это описание способа физического соединения серверов и рабочих станций в сеть.

В общем случае различают:

“шинное” (параллельное подключение компьютеров к одной линии связи),

звездообразное (радиальное, т.е. когда все РС соединяются с сервером),

кольцевое и смешанное соединения компьютеров в сеть.

К смешанному относят как одновременное использование названных выше способов соединения, так и иерархическое, многосвязное (в этом случае каждый компьютер соединяется со всеми остальными в сети) соединение компьютеров в сеть.

Для возможности создания и эффективного функционирования любой сети необходимо стандартизировать методы работы в ней. С этой целью разрабатываются и используются сетевые протоколы.

Протокол (Protocol) - это стандарт, определяющий поведение функциональных блоков при передаче данных; правило, определяющее взаимодействие, набор процедур обмена информацией между параллельно выполняемыми процессами в реальном масштабе времени.

Облачные технологии – главная перспектива развития информационно-коммуникационных сетей

Облачные технологии  (англ. cloud computing), в информационно-коммуникационных технологиях — это модель обеспечения повсеместного и удобного сетевого доступа по требованию к виртуальным вычислительным ресурсам, которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами и/или обращениями к провайдеру.

Для общего понимания понятия облачных технологий необходимо разобраться с понятием виртуализации и виртуальных ресурсов.

Виртуализация — предоставление набора ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе.

Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких виртуальных компьютерных систем (виртуальных машин) на одном компьютере, притом каждый из экземпляров систем работает со своим набором логических ресурсов (процессорных, оперативной памяти, устройств хранения), предоставлением которых из общего пула, доступного на уровне оборудования, управляет хостовая операционная система или гипервизор. Также могут быть подвергнуты виртуализации ресурсы и приложения. Рассмотрим эти направления более подробно.

1. Виртуальная машина — это окружение, которое представляется для «гостевой» операционной системы, как аппаратное. Однако на самом деле это программное окружение, которое эмулируется программным обеспечением хостовой системы. Эта эмуляция должна быть достаточно надёжной, чтобы драйверы гостевой системы могли стабильно работать.

Примеры применения:

Тестовые лаборатории и обучение: тестированию в виртуальных машинах удобно подвергать приложения, влияющие на настройки операционных систем, например инсталляционные приложения. За счёт простоты в развёртывании виртуальных машин, они часто используются для обучения новым продуктам и технологиям.

Распространение предустановленного программного обеспечения: многие разработчики программных продуктов создают готовые образы виртуальных машин с предустановленными продуктами и предоставляют их на бесплатной или коммерческой основе.

2. Виртуализация ресурсов может быть представлена как разделение одного физического ресурса на несколько частей, каждый из которых виден для владельца в качестве отдельного сервера. Не является технологией виртуальных машин, осуществляется на уровне ядра операционной системы.

Примером виртуализации ресурсов может выступать: разделяемое дисковое пространство или пропускной канал сети на некоторое количество меньших составляющих, легче используемых ресурсов того же типа. К реализации разделения ресурсов можно отнести создание нескольких виртуальных сетевых интерфейсов (сетевых адаптеров) на основе одного физического.

К виртуализации ресурсов также относится агрегация, распределение или добавление множества ресурсов в большие ресурсы или объединение ресурсов. Например, симметричные мультипроцессорные системы объединяют множество процессоров; RAID и дисковые менеджеры объединяют множество дисков в один большой логический диск; RAID и сетевое оборудование использует множество каналов, объединённых так, чтобы они представлялись, как единый широкополосный канал.

3. Виртуализация приложений — процесс использования приложения преобразованного из требующего установки в операционную систему в не требующий (требуется только запустить). Для виртуализации приложений программное обеспечение виртуализатора определяет при установке виртуализуемого приложения, какие требуются компоненты ОС и их эмулирует, таким образом, создаётся необходимая специализированная среда для конкретно этого виртуализируемого приложения и, тем самым, обеспечивается изолированность работы этого приложения. Для создания виртуального приложения виртуализируемое помещается в контейнер, оформленный, как правило, в виде папки. При запуске виртуального приложения запускается виртуализируемое приложение и контейнер, являющийся для него рабочей средой. Рабочая среда запускается и предоставляет локальные ранее созданные ресурсы, которое включает в себя ключи реестра, файлы и другие компоненты, необходимые для запуска и работы приложения.

Потребители облачных технологий могут значительно уменьшить расходы на инфраструктуру информационных технологий (в краткосрочном и среднесрочном планах) и гибко реагировать на изменения вычислительных потребностей, используя свойства вычислительной эластичности (англ. elastic computing) облачных услуг.

Рассмотрим более подробно преимущества распространенных в настоящее время облачных технологий.

Облачные вычисления - это новая парадигма, предполагающая распределенную и удаленную обработку и хранение данных.

Облачные технологии - это технологии обработки данных, в которых компьютерные ресурсы предоставляются Интернет - пользователю как он - лайн сервис.

Принцип работы облачных технологий строится на использовании двухслойных структур . В каждой тучи есть внутренний слой back - end и внешний слой пользователя front - end . Пользователь всегда имеет дело с внешним слоем - программным обеспечением пользователя . Внутренние слой состоит из оборудования и программных сервисов, обеспечивает работу интерфейса.

Все рабочие станции облака настроены на совместную работу, поэтому пользователю доступна суммарная мощность станций. Это является одним из главных преимуществ облачных технологий. Конечному пользователю не надо задумываться над мощностью собственной рабочей станции. Он пользуется теми ресурсами, предоставляет облако собственную станцию использует только как устройство передачи данных. В общем случае по аппаратному обеспечению собственного компьютера пользователь использует только монитор.

Первым весомым фактором выбора облачных технологий является возможность распределенной удаленной обработки и хранения данных.

Второй фактор - это значительная гибкость в работе. В зависимости от необходимости, есть возможность увеличить или уменьшить количество ресурсов, которые использует облако. Такая возможность значительно экономит средства при покупке и обслуживание необходимого программного продукта. То есть, если есть необходимость выполнять большой объем работ, обрабатывать большое количество данных только раз в год, или раз в какой-то длительный срок, то не надо покупать программный продукт, в другой времени не будет востребованным. Пользователь облачных технологий берет нужный программный продукт в аренду и платит только за то время , пока он с ним работает. Такой подход значительно экономит время на установку и обслуживание программного продукта. В мировой практике такой метод называется Pay as you go .

Если при использовании традиционных СУБД привлеченные ресурсы остаются неизменно большими независимо от частоты использования программного продукта, то при облачных технологиях объем использованных ресурсов растет вместе с повышением использования программного продукта и падает при уменьшении частоты его использования.

Таким образом к преимуществам облачных технологий относятся следующие факторы:

1. Отсутствие необходимости приобретения оборудования и программного обеспечения .

2 . Оплата программного обеспечения только по факту пользования.

3 . Возможность регулировать необходимую мощность ресурсов, используемых .

Так в настоящее время существует четыре типа облаков:

частная облако - это такая структура , которая функционирует вполне с целью обслуживания одного юридических лиц . Компьютерной инфраструктурой управляет или сам субъект хозяйствования или другой контрагент , находясь при этом как рядом с субъектом хозяйствования , так и на стороне внешнего провайдера ;

общее облако - структура используется совместно несколькими субъектами хозяйствования и поддерживает ограниченное общество, разделяет общие принципы . Такая облачная структура может контролироваться субъектами хозяйствования или третьей стороной ;

публичное облако - структура , созданная для общедоступной большой группы потребителей , занимающихся одним видом деятельности , при этом наличие общих принципов не обязательно. Такая структура находится подвластью субъекта хозяйствования, предоставляет облачные услуги ;

гибридный тип облачной инфраструктуры - это композиция двух или более облаков, остаются уникальными , но соединенными стандартизированными технологиями . При этом обеспечивается передвижения данных между облаками.

Рассмотрим риски, возникающие при использовании облачных технологий.

Существуют риски, связанные с провайдером, которому выполняется работа. Так, невозможность перейти от одного провайдера к другому , или вообще в собственную частную облако базирующийся на риске постоянной связи с выбранным провайдером. В этом случае существует угроза безопасности предприятия в случае банкротства провайдера. Требует предсказания возможность приостановления сервиса, который был предложен провайдером , потери данных , в результате аварий с его стороны. При использовании облачных технологий существуют риски, связанные с сохранением данных. Действительно, вынося часть информации в открытое пространство за пределы локальной базы данных, всегда есть риск потерять эти данные, или получить недостоверную информацию.

Следует учитывать риски, которые могут возникнуть в процессе работы с данными в облаке. Прежде всего - это риск перехвата информации при ее передаче . Чем важнее информация , тем лучше она должна быть защищена . Поэтому логичным является применение методов криптографии данных и проведение среди субъектов хозяйствования и поставщиков семинаров по правилам безопасности при работе с данными . Следствием наступления события , связанная с описанным риском , является потеря контроля за данными. Исключается удаление информации , что в свою очередь ведет к потере ее части или изменения . Значительная часть возможных рисков напрямую зависит от поставщика облачных услуг. Поэтому в первую очередь следует очень тщательно подойти к выбору провайдера.

Критериями выбора провайдера являются:

использование открыть стандартов ;

устойчивость к ddos - атакам ;

обеспечение шифрования данных двухфакторной аутентификации ;

обеспечение шифрования (маскировка ) информации в облаке ;

наличие положительной репутации по количеству инцидентов , уровня сервиса и прочее.

В архитектуре облачных вычислений действует пять субъектов:

1 . Облачный потребитель - субъект хозяйствования, поддерживает бизнес - отношения и использует услуги облачных провайдеров.

2 . Облачный провайдер - лицо или организация, несет ответственность за доступность облачной услуги для облачных потребителей .

3 . Облачный аудитор - участник, может выполнять независимую оценку облачных услуг , обслуживание информационных систем , производительности и безопасности реализации облака .

4 . Облачный брокер - сущность , управляющая использованием , производительностью и предоставлением облачных услуг , а также устанавливает отношения между облачными провайдерами и облачными потребителями .

5 . Облачный оператор связи - посредник , предоставляющий услуги подключения и услуги связи облачных услуг от облачных провайдеров к облачным потребителей.

Модели обслуживания

Программное обеспечение как услуга (SaaS, англ. Software-as-a-Service) — модель, в которой потребителю предоставляется возможность использования прикладного программного обеспечения провайдера, работающего в облачной инфраструктуре и доступного из различных клиентских устройств или посредством тонкого клиента, например, из браузера (например, веб-почта) или посредством интерфейса программы. Контроль и управление основной физической и виртуальной инфраструктурой облака, в том числе сети, серверов, операционных систем, хранения, или даже индивидуальных возможностей приложения (за исключением ограниченного набора пользовательских настроек конфигурации приложения) осуществляется облачным провайдером.

Платформа как услуга (PaaS, англ. Platform-as-a-Service) — модель, когда потребителю предоставляется возможность использования облачной инфраструктуры для размещения базового программного обеспечения для последующего размещения на нём новых или существующих приложений (собственных, разработанных на заказ или приобретённых тиражируемых приложений). В состав таких платформ входят инструментальные средства создания, тестирования и выполнения прикладного программного обеспечения — системы управления базами данных, связующее программное обеспечение, среды исполнения языков программирования — предоставляемые облачным провайдером.

Контроль и управление основной физической и виртуальной инфраструктурой облака, в том числе сети, серверов, операционных систем, хранения осуществляется облачным провайдером, за исключением разработанных или установленных приложений, а также, по возможности, параметров конфигурации среды (платформы).

Инфраструктура как услуга (IaaS, англ. IaaS or Infrastructure-as-a-Service) предоставляется как возможность использования облачной инфраструктуры для самостоятельного управления ресурсами обработки, хранения, сетями и другими фундаментальными вычислительными ресурсами, например, потребитель может устанавливать и запускать произвольное программное обеспечение, которое может включать в себя операционные системы, платформенное и прикладное программное обеспечение. Потребитель может контролировать операционные системы, виртуальные системы хранения данных и установленные приложения, а также ограниченный контроль набора доступных сервисов (например, межсетевой экран, DNS). Контроль и управление основной физической и виртуальной инфраструктурой облака, в том числе сети, серверов, типов используемых операционных систем, систем хранения осуществляется облачным провайдером.