Функции программного обеспечения лвс

ГЛАВА 2. Функции программного обеспечение лвс



2.1. Описание сетевого программного обеспечения

На сегодняшний день локальная вычислительная сеть — это сложная система, состоящая из множества компонентов, организующаяся по различной архитектуре, включающая в себя аппаратно-программные комплексы как узлы данной сети. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) включает в себя компьютеры, сетевые адаптеры, хабы, свичи, провода, антенны (для организации беспроводной сети). Так как сеть организации представляет сложную и дорогую систему то для её обслуживания привлекают системных интеграторов и администраторов. Стоит отметить что от услуг, предоставляемых пользователю определяются функциональные возможности сети. Для предоставления услуг пользователю, находящемуся в сети и использующий её ресурсы используется сетевое программное обеспечение.

Совокупность компьютерных программ, используемых при работе с компьютером называется программным обеспечением. Работа программного обеспечения связана с решением определенного круга задач, оно имеет интерфейс, определённый алгоритм работы, механизмы взаимодействия с аппаратной и программной частями всё это можно назвать средой выполнения. Независимо от размера исполняемой программы, она создаёт свою рабочую среду после начала своей работы. Компьютерные программы, данные и документация, различные процедуры и скрипты позволяющие стабильно функционировать компьютерной системе и решать возложенные на нее задачи называется программное обеспечение компьютера.

Сетевое программное обеспечение можно выделить в обособленную ветку программного обеспечения. Сетевое программное – это программное обеспечение, используемое на нескольких компьютерах, входящих в единую сеть и организующих совместную работу для группы пользователей.  Сетевое программное обеспечение позволяет организовывать: общую файловую структуру и базы данных предоставление доступа к данным определенным пользователям, обеспечивает возможность передачи сообщений в сети, даёт возможность использовать программное обеспечение в работе над общими проектами. 

Сетевое программное обеспечение можно условно разделить на два типа (рисунок 6): 





Рисунок 6 - Различия между вариантами построения сетевых операционных систем

- устанавливаемое на компьютер - программное обеспечение сторонних вендоров; 

- интегрированное программное обеспечение в операционную систему (например, службы в серверной ОС Windows).

Примером совместного использования сетевого ПО, служит одна из программ почтового клиента Microsoft Outlook. 

Microsoft Outlook — это почтовый и информационный программный продукт с инструментом почтового клиента, используется не только в частном порядке, но и имеет поддержку совместимости работы в группе пользователей, состоящих в одной сети (ЛВС или ККС).

Microsoft Outlook это не только почтовый мессенджер, но и выполняет функции полноценного органайзера, в котором присутствуют возможности планировщика задач, менеджер контактов с записной книгой, календарь. В Outlook имеется дополнительный инструмент для отслеживания работы с документами Microsoft Outlook, который в свою очередь планирует дневник работы. 

Программа Outlook может работать как отдельный модуль, так и принимать участия в роли клиента почтового сервера «Microsoft Exchange Server», эта совместная работа дает дополнительные возможности пользователей одного учреждения:

- почтовые ящики, находящиеся в общем использование;

- папки проектов и дополнительных задач;

- календари и запланированные события;

- планирование времени для встреч, координирование документов. 

Microsoft Outlook и Microsoft Exchange Server являются платформой для организации документооборота, так как они обеспечены системой разработки пользовательских плагинов и скриптов, с помощью которых возможно программирование дополнительных функций документооборота (и не только документооборота), не предусмотренных в стандартной поставке.

Перечислю виды сетевого программного обеспечения: сетевые службы и приложения (исполняются в границах ОС), сетевая операционная система.

Одним из основных программных компонентов в сети является операционная система. К сетевым ОС в качестве сетевой ОС предприятия относятся Banyan Vines, Novel l NetWare 4.x, IBM LAN Server, Sun NFS, Microsoft LAN Manager и Windows Server, к сетевым ОС для небольших рабочих групп относятся NetWare 3.x, Personal Ware, Artisoft LAN tastic.

Рассмотрим общие условия при создании программного обеспечения, ориентированного на работу в сети, обязательным условием сетевое программное обеспечение включает одновременную работу нескольких пользователей. На данный момент используются две основные концепции при создании сетевого программного обеспечения:

- Файл-серверная технология сетевого программного обеспечения.

- Клиент-серверная технология сетевого программного обеспечения.

Файл-серверные технологии, получили свое название от основной задачи, которую они выполняют, предоставление пользователям ресурсов, к которым у них есть доступ. Ресурсы могут быть представлены как в виде файлов и папок, а также это может быть и общая периферия: принтер, модем и т.п. В одной сети может быть несколько файловых серверов. Их основными отличиями от обычных компьютеров является наличие большого дискового пространства и использование сетевой операционной системы. Сетевая операционная система служит для управления ресурсами файлового сервера и предоставления доступа к этим ресурсам. 

Особо важной функцией сетевой ОС выступает планирования конструктивного использования программных ресурсов и всех аппаратных систем. К основе системных ресурсов можно отнести следующее: центральное процессорное устройство, оперативное запоминающее устройство и другой вид памяти, внешние устройства.

Процесс – это некое совокупность инструкций, выполняющихся в данный момент. В операционной системы, процесс является некой единицей выполнения, которой динамически изменяет уровни потребляемых ресурсов системы. Подпрограмма по управлению процессами рассчитывает действия процессов, а именно распределяет время между одновременно существующими процессами, по мимо того занимается уничтожением и созданием самих процессов, выделяет необходимые системные ресурсы для процессов, поддерживает связь между процессами.

Сетевая ОС реализует в этой подсистеме удаленное межпроцессное взаимодействие, работу процессов с удаленными ресурсами.

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

- определение момента времени для смены выполняемого процесса

- выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов

- переключение контекстов "старого" и "нового" процессов

Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по-разному решающих вышеперечисленные задачи. Они преследуют различные цели и обеспечивают различное качество мультипрограммирования. Среди этого множества алгоритмов выделяются две группы наиболее часто встречающихся алгоритмов: алгоритмы, основанные на квантовании, и алгоритмы, основанные на приоритетах.

Сетевые операционные системы делятся на два вида в разрезе используемого масштаба на сетевые ОС для рабочих групп (WORKGROUP) и на сетевые ОС для предприятий где для управления правами пользователей создается домен. Общие свойства сетевых операционных систем: обеспечение отказоустойчивости, поддержка работы с RAID массивами, поддержка кластерных архитектур. К отличительным свойствам относятся: организация централизованного управления для безопасности и предоставление доступа, пользователь не привязан к компьютеру и используя свою учетную запись он может зайти с любого компьютера в сети, домен поддерживает работу с большим количеством компьютеров, компьютеры могут находиться в разных подсетях одной сети.

Сетевое программное обеспечение, ориентированное на работу в рамках концепции файлового сервера, позволяют пользователю использовать ресурсы, расположенные на файловом сервере. Данные программы располагаются на сервере в виде служб или программ выполняя организацию доступа к файлам, находящимся на сервере. При использовании данного подхода программное обеспечение храниться как на стороне файлового сервера, так и на стороне клиента в виде модулей исполняемых программ, предоставляющих доступ к файлу. Если требуется обработать файл, хранящийся на файловом сервере, то он переноситься во временную директорию на компьютер пользователя и в дальнейшем происходит обработка файла.

При использовании архитектуры «клиент-сервер», возможно организовать не только доступ к файлам, но и организовать доступ к службам (сервисам)и результатам полученных от запросов к этим службам. Программное обеспечение использующее архитектуру «клиент-сервер» состоит из двух частей: программное обеспечение, работающее на стороне сервера и программное обеспечение, работающее на стороне клиента. Процесс работы данных систем можно описать следующим алгоритмом: программы, исполняемые на стороне клиента, формирует запрос на сервер, где сервер производит обработку данных и возвращает результат клиенту. Так как основная работа по извлечению данных из запроса происходит на стороне сервера то данный компьютер должен быть достаточно мощным для обработки запросов всей организации. Использование «клиент-серверного» подхода широко применяется в современное программное обеспечение на данный момент. 

2.2 Структура программного обеспечения

На сегодняшний день сетевое программное обеспечение в большей степени структурировано. Все программы, работающие по сети условно можно разделить на два блока: блок клиентского уровня (пользовательский интерфейс, программный код исполняемый на стороне клиента и организующий вывод значений) и блок сетевого уровня отвечающий за установление соединения отправку и принятие обработанных запросов. 

Рассмотрим вначале структуру блока клиентского уровня. Клиентский уровень организуется наличием у программы пользовательского интерфейса.

Интерфейс – система способов и методов для одновременного взаимодействия двух линейно не связанных участников.

Интерфейсы — это основа взаимодействия для всех современных информационных систем. При условии, что интерфейс какого-либо объекта (к примеру: интерфейс персонального компьютера, интерфейс программы) не изменяется, то у нас имеется возможность изменить сам объект, не изменяя принципов его взаимодействия с другими объектами. Например, при использовании программ на Windowsпользователь, освоившись в одной программе легко освоит и другие так как программы используют однотипные элементы интерфейса).

Виды пользовательского интерфейса:

- Меню отображаемое на экране телевизора, где действия пользователя выполняются через пульт дистанционного управления;

- Дисплей электронного аппарата, где действия пользователя выполняются через набор кнопок и переключателей для настройки;

- Приборная панель, где действия пользователя выполняются через рычаги управления.

Рассмотрим средства и методы взаимодействия пользователя с программой:

- Средства вывода результатов запросов из устройства для пользователя через использование зрительных, слуховых, тактильных, обонятельных органов чувств используя экраны, динамики, зуммеры и др.

- Средства ввода информации/команд пользователем в устройство используя клавиатуру, переключатели, датчики положения и движения, сервоприводы.

К методам относятся:

- Алгоритм работы действий и правил, обозначенный разработчиком, согласно которому совокупность действий пользователя приводит к выдаче результата по выполняемой задаче – логический интерфейс. Алгоритм действий пользователя должен быть ясен для восприятия, естественен и легок для запоминания.

- При равной функциональности увеличении средств ввода-вывода даёт возможность упрощения построения методов управления и упрощение для правил пользования, но это приводит к сложности восприятия информации пользователем – интерфейс будет перегруженным. Уменьшение средств отображения приводит к усложнению правил для организации управления – каждый элемент несёт слишком много функций. 

Для разработки пользовательского интерфейса привлекают проектировщиков интерфейсов, которые находят компромиссное решение между избыточностью интерфейса и сложностью правил поведения в каждом отдельном случае.

При организации сетевого взаимодействия, в программном обеспечении участки программы разделяются на слои и входят в наборы уровней (структурируются). Количество уровней зависит от сложности программного обеспечения и от сложности организации сети. Принцип организации структурирования во всех сетях отображает предоставление неких сервисов (частей программы) для взаимодействия с вышестоящими уровнями, как показано на рисунке 7.



Рисунок 7 - Структура сетевой ОС

В основе лежит принцип предоставления сервисов на программном или аппаратном уровне сервисов, таким образом, что подробности алгоритма взаимодействия и детали не раскрываются (примером служит черный ящик). Правила и соглашения, позволяющие организовать «общение» между двумя машинами называется протоколом.

Общение происходит при помощи объектов, включающих в себя равные уровни на различных машинах, являются равноправными узлами сети. Именно они общаются при помощи протокола.

Организация передачи данных между машинами, имеющими n–уровней передается последовательно, где каждый уровень передает данные и управление уровню, лежащему ниже, пока не достигается самый нижний уровень, далее располагается физическая среда, по которой и передается информация. Набор операций предоставляемый нижним уровнем верхнему для организации взаимодействия называется – интерфейс. Организация взаимодействие между структурой сетевого ПО, показано на рисунке 8.



Рисунок 8 - Организация взаимодействие между структурой сетевого ПО

Архитектура сети представлена набором протоколов взаимодействия. Список протоколов, которые использует система по уровням называется стеком протоколов, изображено на рисунке 9. 

Рисунок 9– Взаимодействие со список протоколов

При использовании многоуровневой организации в сетевом программном обеспечении организация установки соединения может быть представлена с помощью двух типов:

- Сервисом с установлением соединения;

- Сервисом без установления соединения.

Сервис с установлением соединения как примером можно показать телефонную связь. Для разговора с кем-нибудь, мы поднимаем трубку, и набираем номер после завершения разговора кладем трубку. Подобно и компьютерным сетям, как пример: при использовании сервиса с установлением соединения пользователь вначале устанавливает соединение, а после завершения сеанса разрывает его. Это напоминает трубу: биты сообщения влетают в один ее конец, а вылетают из другого.

Виды служб, ориентированных на установление соединения:

- Службы голосовой связи;

- Службы удаленной регистрации;

- Службы для передачи потока сообщений/байт.

Сервисы без установления соединения, как пример данной технологии – это почтовые системы. Так как каждое письмо имеет полныйадрес назначения и пришедшее по определенному маршруту, которыйникак не зависит от других писем. Имеются разные названия для пакетов в разных контекстах. 

Пакет – сообщение на сетевом уровне. Пакеты могут передаваться различными видами коммутации. В момент получения пакетов промежуточным узлом в случае если сообщение передано полностью перед пересылкой его к следующему узлу, такой вид коммутации называют коммутацией с промежуточной буферизацией. Другой вариант, когда передача сообщения начинается прежде, чем оно будет полностью получено узлом, называют сквозной передачей.

Виды служб не устанавливающие соединения:

- Служба рассылки почты (Надёжная дейтаграмма, Дейтаграмма с подтверждением);

- Службы обработки запросов (Примером может быть обработка запросов к базе данных);

- Службы (сервисы) формально можно описать набором операций доступных для пользователя или другого объекта для получения сервиса. Эти операции заставляют службу выполнять определённые действия или служат ответами на действия объекта на одном уровне. 

Например, если набор протоколов входит в состав операционной системы, то операции являются системными вызовами. Работа операций приводит к возникновению системных прерываний в привилегированном режиме, в результате чего управление машиной передается операционной системе, которая и отсылает нужные пакеты. Набор доступных примитивов зависит от типа сервиса и его организации работы.

Служба определяет, какие именно операции уровень будет выполнять от лица своих пользователей, но не определяет, как будут реализованы эти операции. Служба описывает интерфейс между двумя уровнями, в котором нижний уровень является поставщиком сервиса, а верхний – его потребителем.

Протокол – это набор правил, описывающих формат и назначение кадров, пакетов или сообщений, которыми обмениваются объекты одного ранга внутри уровня. Объекты используют протокол для реализации определений своих служб. Они могут менять протокол по желанию, при условии, что при этом остаются неизменными службы, предоставляемые ими своим пользователям. Таким образом, служба и протокол оказываются практически независимыми. Это –ключевое понятие, которое должен хорошо знать любой проектировщик сетей. Можно провести аналогию с языками программирования. Так службу можно приравнять абстрактному типу данных или объекту в объектно-ориентированных языках программирования. Он определяет операции, которые могут быть выполнены с объектом, но не описывает, как реализованы эти операции. В этом случае протокол, напротив, относится к реализации службы и, таким образом, невидим для пользователей службы.

2.3. Функции программного обеспечения

Основной задачей сетевого программного обеспечения является обработка принятого запроса от программы на пользовательской машине и возврате результата.

Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы.

Основная идея организации программного обеспечения ввода-вывода состоит в разбиении его на несколько уровней, причем нижние уровни скрывают особенности аппаратуры от верхних уровней, а те, в свою очередь, обеспечивают удобный интерфейс для пользователей.

Кроме управления вводом-выводом на уровне локальной ОС, СОС также должна уметь работать с сетевыми устройствами, потоком данных от сети к программам СОС, реализовывать множество стеков протоколов с возможностью добавления поддержки новых.

К функциям сетевого программное обеспечение также относят:

- Управление каталогами и файлами; 

- Передача сообщений;

- Управление ресурсами сети; 

- Управление сетью;

- Защиту данных от несанкционированного доступа; 

- Обеспечение отказоустойчивости.

Управление каталогами и файлами в сетях определяет обеспечение доступа к данным, расположенным в узлах сети. Между компьютерами, участвующими в обмене данными должен присутствовать необходимый уровень конфиденциальности.

Передача сообщений — это коммуникационные способности сети обеспечивающие адресацию, буферизацию, маршрутизацию и управление потоками данных в сети.

Управление ресурсами обслуживает запросы на доступ к ресурсам, имеющихся в сети.

Управление сетью это применение протоколов управления при передаче данных в сети. В программное обеспечение для управления сетью входят менеджеры – программа генерирующая сетевые команды и агенты сети – программы выполняющие команды от менеджеров, следящие за состоянием узлов в сети, собирающие информацию о параметрах их функционирования, сигнализирующие о происходящих событиях в сети, фиксирующие нестабильность работы в сети, следящие за трафиком, осуществляющие защиту от вирусов, также могут участвовать при восстановлении информации после сбоев и корректировать параметры управления.

Защита данных от несанкционированного доступа – функция для поддержания целостности данных и их секретности. 

Отказоустойчивость – это сохранение работоспособности системы при воздействии дестабилизирующих факторов. Отказоустойчивость обеспечивается применением для серверов автономных источников питания, отображением или дублированием информации в дисковых накопителях. 

Для организации устойчивой работы вычислительной сети в организации используют диагностическое и аналитическое программное обеспечение роль, которого очень высока. Диагностическое ПО можно разделить на несколько уровней:

- Программное обеспечение, входящее в состав операционных систем. Примером являются утилиты ping, ipconfig, tracert, netstat, route, arp, hostname, nbtstat и др. Результатом работы данных команд является статистическая информация о работе сети и компьютеров.

- Анализаторы протоколов — это аппаратно-программный комплекс, физически подключённый к сети для перехвата и анализа циркулирующей в сети информации, обычно эту роль выполняет сам сетевой компьютер со специальным программным обеспечением. Анализаторы протоколов могут анализировать передаваемые данные в сети на любом сетевом уровне. Программные пакеты LAN alyzer for Net Ware, LAN alizer for Windows и LANTEST (фирма Novell), утилита SysInfo (Symantec) относятся к набору программ анализаторов.

- Анализаторы пакетов или снифферы – утилиты, позволяющие просматривать и анализировать данные сетевого трафика в сегменте сети. Данное программное обеспечение используется для поиска сообщений по заданным ключевым словам. К программному обеспечению подобного класса можно отнести, программу SpyNet, также в круг программного обеспечения подобного рода входит утилита Network Monitor (входит в состав серверных ОС семейства Windows, сервис Network Monitor Tools & Agent).

- Программы для моделирования сетей и анализа – это программы для построения имитационной модели сети и дальнейшего анализа с целью выявления и исправления «узких» мест сети (обнаружение задержек, пиковые нагрузки, очереди) и рассмотрения различных архитектур сети в процессе ее построения. Примером данных программ являются: COMNET III, OPNET, Cisco Packet Tracer, NetSuit Advanced Professional и др.

 Cisco Packet Tracer –это программное обеспечение разработано фирмой «Cisco». Цель разработки программного продукта состоит в быстром обучении кадров, по использованию и изучению оборудования и сетей телекоммуникаций, а также используется в высших учебных заведениях для лабораторных работ.

Сетевые возможности Cisco Packet Tracer:

- Интуитивно понятный интерфейс, которой приводит к лучшему восприятию организации сети, основные понятия работы устройства, имеется возможность моделировать логическую топологию, шаблон рабочего окна для того, что позволит создать проект любых масштабов сети на уровне сетевого специалиста, имеется возможность моделирование в режиме реального времени, а также режим симуляции.

- Встроенный большой базовый языковой пакет для программы, который позволяет использовать программу в различных странах мира.

- Графические компоненты отражают полную детализацию и структуру по сетевому оборудованию также обладают полным сходством по характеристикам этого оборудования.

- Наличие возможности «Activity Wizard» позволяет пользователю, профессиональному администратору ЛВС, преподавателю, а также студенту создавать любой вид шаблоны локальных сетей и пользоваться ими в дальнейшем. 

Большой спектр возможностей данного программного продукта позволяет администратором и сетевым инженерам настраивать и отлаживать локальную вычислительную сеть. Этот продукт также незаменим в учебной практике, поскольку дает возможности наглядного отображение подробной работы сети. На рисунке 10 представлен графический интерфейс программы Cisco Packet Tracer, а именно:



5

4

2

1

6

3

7

Рисунок 10 – Интерфейс программы

1) Основное меню программы;

2) Дополнительная панель инструментов;

3) Боковая панель инструментов, в нее входит пункт выделения, перемещения, удаления, масштабирования объектов;

4) Панель с группами конечных устройств и линий связи;

5) Оконечные устройства, в этом блоке содержатся всевозможные проводники, коммутаторы, узлы, точки доступа;

6) Блок по созданию сценариев;

7) Рабочее область, где визуально отображается рабочий проект.

Большую площадь программы, занимает окно рабочий области, в ней формируется проект, в котором и происходят все построения различных сетевых устройств и соединения, в конечном результате получаются разнообразные топологии сети, на которой можно размещать различные сетевые устройства, соединять их различными способами и как следствие получать самые разные сетевые топологии.

В верхней части программы находится главная панель управления. Возможности меню позволяют выполнять сохранение и загрузку сетевых проектов топологий, надстройку по симуляции, а также и других функции. Главная панель включает в себя быстро доступные инструменты меню.

Тем самым это программа помогает обучать пользователя, без опасения что тот может что-то нарушить в работе действующего проекта, также программа удобна тем что весь проектный план можно симулировать в программе. Программа поддерживает не только виртуальную связь с программными компонентами, но и может работать на прямую с сетевыми устройствами, что уменьшает затраты времени на проверку оборудования.

- С учётом ограниченности количества адресов IPv4 в современных сетях передачи данных используется прокси-сервер – это программа для организации подключения локальных пользователей к сети Интернет через один внешний IP-адрес. Данная программа позволяет не только управлять Интернет-соединениями, но и вести точный учет трафика.

- Межсетевой экран (брандмауэр, firewall) -сетевое программное обеспечение, которое обеспечивает безопасность в сети, реализует политики безопасности, доступ к сетевым службам. Сетевые соединения обязательно проходят через брандмауэр, который анализирует их и либо разрешает, либо отвергает.

При выборе сетевой ОС следует учитывать следующие характеристики:

- Работа в много серверной сети;

- Эффективность работы файловых операций;

- Интеграция с другими ОС;

- Наличие возможности централизованного управления;

- Наличие обновлений сетевых ОС от производителя.

Во второй главе работы было рассмотрено описания сетевого программного обеспечения, а именно были рассмотрены концепции программных сетевых модулей, встроенных в сому операционную систему, предустановленных уже в базовом составе, так и отдельные сетевые программные продукты (установленное ПО не входящий в состав самой ОС), работающие в одной локальной сети. В работе представлены две основные структуры сетевого ПО это клиент-серверная и файл-серверная технология, одна из них используется для работы с файлами и периферийными устройствами входящую в единую сеть, другая же для обмена запросами между клиентом и сервером. Сам же функционал сетевого локального ПО очень огромен, начиная с сетевых OC в которой есть практически все инструменты по управлению ЛВС и заканчивая подпрограммами и службами, которые контролирует сетевой трафик и безопасность сети........................