Коммутаторы уровня доступа. Коммутаторы Cisco для небольших предприятий. Коммутаторы доступа Cisco

Проектированием информационных систем называется многоступенчатый процесс их создания и/или модернизации путём применения упорядоченной совокупности методологий и инструментария. Проектирование (в отличие от моделирования) предполагает работу с пока несуществующим объектом и направлено на создание информационной системы в области:

• обработки объектов будущей базы данных,
• написания программ (в том числе - отчётных и экранных форм), обеспечивающих выполнение запросов к данным,
• выполнения учёта функционирования конкретной среды (технологии).

Если выделять стадию проектирования информационных систем в качестве отдельного этапа, то его можно разместить между этапами анализа и разработки. Однако на практике чёткое разделение на этапы, как правило, затруднено или невозможно, поскольку проектирование, формально начинаясь с определения цели проекта, часто продолжается на стадиях тестирования и реализации.

Цель проектирования информационной системы и связанные понятия

Современные руководители государственных и частных организаций отдают себе отчёт в том, что скорость обработки информации, которая постоянно изменяется и растёт в объёме, – это вопрос выживания компании на рынке и конкурентное преимущество. В общем виде целевые установки проектов по созданию информационных систем сводятся к обеспечению условий, позволяющих эту информацию получать, обрабатывать и использовать путём создания функциональной безотказной системы с достаточным:

• уровнем адаптивности к изменяемым условиям,
• пропускной способностью,
• временем системной реакции на запрос,
• уровнем безопасности,
• степенью простоты в эксплуатации.

Информационной системой (ИС) называют совокупность информации, содержащейся в базе данных, и технологий (а также технических инструментов), обеспечивающих обработку информации. В данном случае, к технологиям относят и методы обнаружения, сбора, обработки, хранения, распространения информации, и способы, которые позволяют эти методы реализовать. Информационное управление при этом сводится к применению данных методов для контроля за процессами планирования, дизайна, эксплуатации и анализа ИС. В основе технологии проектирования лежит выбранная для конкретной задачи методология как совокупность принципов, выраженная в единой определённой концепции.

Организация проектирования ИС

Организацию проектирования ИС принято разделять на 2 типа:

1. Каноническое проектирование отражает особенности технологии оригинального (индивидуального) процесса.
2. Типовое проектирование, для которого характерно типовое проектное решение (ТПР), тиражируется и пригодно к многократному использованию.

Каноническое проектирование отличает отражение ручной технологии проектирования, осуществление на уровне исполнителей, использование инструментария универсальной компьютерной поддержки.

Применяется каноническое проектирование, главным образом, для локальных и относительно небольших ИС с минимальным использованием типовых решений. Адаптация проектных решений происходит только посредством перепрограммирования программных модулей.

Организовывается каноническое проектирование с использованием каскадной модели жизненного цикла. Это предполагает разделение процесса на следующие стадии и этапы:

1. Предпроектная стадия. Производится предпроектный анализ и составляется техническое задание. То есть, формируются требования к ИС, разрабатывается её концепция, составляется технико-экономическое обоснование и пишется ТЗ.
2. Проектная стадия предусматривает составление эскизного и технического проектов, разработку рабочей документации.
3. Послепроектная стадия даёт старт мероприятиям по внедрению ИС, обучению персонала, анализу результатов испытания. Частью этой стадии становится сопровождение ИС и устранение выявленных недостатков.

Этапы, в случае необходимости, можно укрупнять или детализировать – объединять последовательные этапы, исключать «лишние», начинать выполнение очередной стадии до завершения предыдущей.

Метод типового проектирования отличается возможностью декомпозиции проектируемой ИС с разделением на компоненты, в число которых входят программные модули, подсистемы, комплексы задач и др. Для реализации компонентов можно воспользоваться типовыми решениями, которые уже существуют на рынке, и настроить их под нужны конкретной организации. При этом типовое проектирование предполагает обязательное наличие документации, описывающей в деталях ТПР и процедуры настройки.

Декомпозиция может иметь несколько уровней, что позволяет выделить классы ТПР:

• элементные – по отдельной задаче (элементу),
• подсистемные – по отдельным подсистемам,
• объектные – отраслевые типовые проектные решения, содержащие весь набор подсистем.

Возможность реализации модульного подхода считается достоинством элементных ТПР. Однако в случае несовместимости разных элементов процесс их объединение приводит к увеличению затрат. Подсистемные ТПР, помимо реализации модульного подхода, дают возможность провести параметрическую настройку на объекты разных уровней управления. Проблемы с объединением возникают в случае привлечения продукта нескольких разных производителей ПО. Кроме того, адаптивность ТПР с позиций непрерывного реинжиниринга процессов считается недостаточной. Объектные ТПР, по сравнению с предыдущими классами, отличаются большим количеством достоинств:

• масштабируемостью, что делает возможным применение конфигураций ИС для разного числа рабочих мест,
• методологическим единством компонентов,
• совместимостью компонентов ИС,
• открытостью архитектуры – возможностью развёртывать проектные решения на платформах различного типа,
• конфигурируемостью – возможностью применения нужного подмножества компонентов ИС.

В ходе реализации типового проектирования применяются параметрически-ориентированный и модельно-ориентированный подходы.

Основные методологии проектирования ИС

Специфические особенности процесса проектирования позволяют выделять методологии, построенные на разных принципах. Среди основных современных методологий проектирования ИС называют следующие:

• SADT . Методология функционального моделирования работ, которая основана на структурном анализе и графическом представлении организации как системы функций. Тут выделяется функциональная, информационная и динамическая модели. В настоящее время методология известна как нотация (стандарт) IDEF0. Анализируемый процесс графически представляется в виде четырёхугольника, где сверху изображаются регламентирующие и управляющие воздействия, снизу – объекты управления, слева – входные данные, а справа – выходные.
• RAD . Методология быстрой разработки приложений. В RAD быстрая разработка приложений возможна за счёт применения компонентно-ориентированного конструирования. Методология применяется на проектах с ограниченным бюджетом, нечёткими требованиями к ИС, при сжатых сроках реализации. К ней прибегают, если пользовательский интерфейс можно продемонстрировать в прототипе, а проект разделить на функциональные элементы.
• RUP . В методологии RUP реализуются итерационный и наращиваемый (инкрементный) подходы. Построение системы происходит на базе архитектуры информационной системы, а планирование и проектное управление – на базе функциональных требований к ИС. Разработка общей информационной системы происходит итерациями, как комплекс отдельных небольших проектов со своими планами и задачами. Для итерационного цикла характерна периодическая обратная связь и адаптация к ядру ИС.

Существуют несколько классификаций методологий: по использованию ТПР, по применению средств автоматизации и др. Например, по степени адаптивности выделяются реконструкции (когда происходит перепрограммирование модулей), параметризации (когда изменение параметров влечёт за собой генерацию проектного решения), реструктуризации (когда изменение модели проблемной области сопровождается автоматическим генерированием проектного решения).

Согласно статистическим данным, собранным Standish Group (США), из 8380 проектов, обследованных в США в 1994 году, неудачными оказались более 30% проектов, общая стоимость которых превышала 80 миллиардов долларов. При этом оказались выполненными в срок лишь 16% от общего числа проектов, а перерасход средств составил 189% от запланированного бюджета. В то же время, заказчики ИС стали выдвигать все больше требований, направленных на обеспечение возможности комплексного использования корпоративных данных в управлении и планировании своей деятельности. Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем.

Цель такой методологии заключается в регламентации процесса проектирования ИС и обеспечении управления этим процессом с тем, чтобы гарантировать выполнение требований как к самой ИС, так и к характеристикам процесса разработки. Основными задачами, решению которых должна способствовать методология проектирования корпоративных ИС, являются следующие: обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика; гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта; поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы; обеспечивать преемственность разработки, т.е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий).

Проектирование ИС охватывает три основные области: проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных; проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным; учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент- сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.

Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации: требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования; требуемой пропускной способности системы; требуемого времени реакции системы на запрос; безотказной работы системы; необходимого уровня безопасности; простоты эксплуатации и поддержки системы.

Процесс создания ИС делится на ряд этапов, ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.). Обычно выделяют следующие этапы создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие, эксплуатация, сопровождение.

Начальным этапом процесса создания ИС является моделирование бизнес-процессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Модель организации, описанная в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций, позволяет сформулировать основные требования к ИС. Это фундаментальное положение методологии обеспечивает объективность в выработке требований к проектированию системы. Множество моделей описания требований к ИС затем преобразуется в систему моделей, описывающих концептуальный проект ИС. Формируются модели архитектуры ИС, требований к программному обеспечению (ПО) и информационному обеспечению (ИО). Затем формируется архитектура ПО и ИО, выделяются корпоративные БД и отдельные приложения, формируются модели требований к приложениям и проводится их разработка, тестирование и интеграция. Целью начальных этапов создания ИС, выполняемых на стадии анализа деятельности организации, является формирование требований к ИС, корректно и точно отражающих цели и задачи организации-заказчика. Чтобы специфицировать процесс создания ИС, отвечающей потребностям организации, нужно выяснить и четко сформулировать, в чем заключаются эти потребности. Для этого необходимо определить требования заказчиков к ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации.

Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. Современные инструментальные средства и программные продукты позволяют достаточно быстро создавать ИС по готовым требованиям. Но зачастую эти системы не удовлетворяют заказчиков, требуют многочисленных доработок, что приводит к резкому удорожанию фактической стоимости ИС. Основной причиной такого положения является неправильное, неточное или неполное определение требований к ИС на этапе анализа.

На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных. Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. Оба эти процесса проектирования тесно связаны, поскольку часть бизнес-логики обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры). Главная цель проектирования процессов заключается в отображении функций, полученных на этапе анализа, в модули информационной системы. При проектировании модулей определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы. Конечными продуктами этапа проектирования являются: схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа); набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).

Кроме того, на этапе проектирования осуществляется также разработка архитектуры ИС, включающая в себя выбор платформы (платформ) и операционной системы (операционных систем). В неоднородной ИС могут работать несколько компьютеров на разных аппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Кроме выбора платформы, на этапе проектирования определяются следующие характеристики архитектуры: будет ли это архитектура "файл-сервер" или "клиент-сервер"; будет ли это 3-уровневая архитектура со следующими слоями: сервер, ПО промежуточного слоя (сервер приложений), клиентское ПО; будет ли база данных централизованной или распределенной. Если база данных будет распределенной, то какие механизмы поддержки согласованности и актуальности данных будут использоваться; будет ли база данных однородной. Если база данных не будет однородной, то какое ПО будет использовано для обмена данными между СУБД разных производителей (уже существующее или разработанное специально как часть проекта); будут ли для достижения должной производительности использоваться параллельные серверы баз данных (например, Oracle Parallel Server, DB2 UDB и т.п.). Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС. На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации.

Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени. После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели: обнаружение отказов модуля (жестких сбоев); соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций). После того как автономный тест успешно пройден, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние. Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во- первых, тесты имитации отказов системы, во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему. Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы. Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.

Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем.

Жизненный цикл программного обеспечения ИС ЖЦ ПО ИС это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ИС и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC (ISO Международная организация по стандартизации, IEC Международная комиссия по электротехни­ке).

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC базируется на трех группах процессов: основных процессах ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение); вспомогательных процессах, обеспечивающих выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем); организационных процессах (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка проекта включает в себя все работы по созданию ПО и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала, и т.д. В разработку ПО входят, как правило, анализ, проектирование и реализация (программирование).

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля над сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта предусматривает выбор методов и инструментальных средств реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки исходным требованиям. Тестирование связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место отводится вопросам идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Эксплуатация содержит работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигу­рационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO

Модели жизненного цикла ПО Стандарт 1SО/1ЕС не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. Под моделью ЖЦ понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы. К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ: каскадная модель; спиральная модель; итерационная модель.

Каскадная модель Каскадная модель, которую иногда называют моделью "водопада" (waterfall model). Каскадная модель была предложена Уинстоном Рейсом в 1970 году В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ. Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Достоинства каскадной модели: на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности. На заключительных этапах также разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все предусмотренные стандартами виды обеспечения информационной системы: организационное, методическое, информационное, программное, аппаратное; выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения и соответствующие затраты.

Недостатки каскадной модели: задержка получения результатов обычно считается главным недостатком каскадной схемы. Данный недостаток проявляется в основном в том, что вследствие последовательного подхода к разработке согласование результатов с заинтересованными сторонами производится только после завершения очередного этапа работ. По­этому может оказаться, что разрабатываемая информационная система не соответствует требованиям пользователей. Причем такие несоответствия могут возникать на любом этапе разработки искажения могут непреднамеренно вноситься и проектировщиками-аналитиками, и программистами, так как они не обязательно хорошо разбираются в тех предметных областях, для которых производится разработка информационной системы; возврат на предыдущую стадию. Данный недостаток является одним из проявлений предыдущего. Поэтапная и последовательная работа над проектом может быть следствием того, что ошибки, допущенные на более ранних этапах, как правило, обнаруживаются только на следующих стадиях работы над проектом. Поэтому, после того как ошибки проявятся, проект возвращается на предыдущий этап, перерабатывается и снова передается на последующую стадию. Это может служить причиной срыва графика работ; сложность параллельного ведения работ. Сложности параллельного ведения работ связаны с необходимостью постоянного согласования различных частей проекта. Чем сильнее взаимозависимость отдельных частей проекта, тем чаще и тщательнее должна выполняться синхронизация, тем сильнее зависимы друг от друга группы разработчиков. Поэтому преимущества параллельного ведения работ просто теряются; информационная перенасыщенность. Проблема информационной перенасыщенности возникает вследствие сильной зависимости между различными группами разработчиков. Данная проблема заключается в том, что при внесении изменений в одну из частей проекта необходимо оповещать всех разработчиков, которые использовали или могли использовать эту часть в своей работе; сложность управления проектом при использовании каскадной схемы в основном обусловлена строгой после­довательностью стадий разработки и наличием сложных взаимосвязей между различными частями проекта. Последовательность разработки проекта приводит к тому, что одни группы разработчиков должны ожидать результатов работы других команд. Поэтому требуется административное вмешательство для того, чтобы согласовать сроки работы и состав передаваемой документации.

Спиральная модель. Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ, делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации. Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, при этом необязательно ждать полного завершения работы на текущем. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Достоинства спиральной модели: итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика; при использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40% всех затрат в конце проекта); уменьшение уровня рисков. Данное преимущество является следствием предыдущего, так как риски обнаруживаются именно во время интеграции. Поэтому уровень рисков максимален в начале разработки проекта. По мере продвижения разработки ожидаемый риск уменьшается; итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие. Например, можно сократить сроки разработки за счет уменьшения функциональности системы или использовать в качестве составных частей системы продукцию сто­ ронних фирм вместо собственных разработок; спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации.

Недостаток спиральной модели это определение момента перехода на следующий этап. Для решения этой проблемы необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла ИС. Иначе процесс разработки может превратиться в бесконечное совершенствование уже сделанного. Поэтому завершение итерации должно производиться строго в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Одним из примеров реализации спиральной модели является метод быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development),

Естественное развитие каскадной и спиральной моделей привело к их сближению и появлению современного итерационного подхода, который представляет рациональное сочетание этих моделей. Итерационная модель. Создание ИС предполагает проведение увязки проектных решений, получаемых при реализации отдельных задач. Подход к проектированию снизу-вверх обусловливает необходимость таких итерационных возвратов, когда проектные решения по отдельным задачам комплектуются в общие системные решения, и при этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований. Как правило, вследствие большого числа итераций возникают рассогласования в выполненных проектных решениях и документации. Запутанность функциональной и системной архитектуры созданной ИС, трудность в использовании проектной документации вызывают на стадиях внедрения и эксплуатации сразу необходимость перепроектирования всей системы. Длительный жизненный цикл разработки ИС заканчивается этапом внедрения, за которым начинается жизненный цикл создания новой ИС. Различные варианты итерационного подхода реализованы в большинстве современных технологий и методов: Rational Unified Process (RUP), Microsoft Solutions Framework (MSF) и Extreme Programming (XP).

RUP предлагает итеративную модель разработки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохождение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова минует те же фазы. Суть работы в рамках RUP это создание и сопровождение моделей, а не бумажных документов, поэтому этот процесс привязан к использованию конкретных средств моделирования (UML), также конкретной технологии проектирования и разработки (объектно- ориентированный анализ, объектно-ориентированное программирование).

MSF сходна с RUP, так же включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес- приложений. Экстремальное программирование (ХР) является самым новым среди рассматриваемых методологий, сформировалось в 1996 году. В основе методологии лежит командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС, а разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

На рынке автоматизированных систем для крупных корпораций и финансово-промышленных групп на сегодня можно выделить два основных субъекта: это ранок автоматизированных банковских систем (АБС) и рынок корпоративных информационных систем промышленных предприятий. Не смотря на сильную взаимосвязь этих двух рынков систем автоматизации, предлагаемые на них решения пока еще не достаточно интегрированы между собой, чего следует ожидать в недалеком будущем.

В дальнейшем под Автоматизированной Банковской Системой (АБС) будем понимать комплекс аппаратно-программных средств реализующих мультивалютную информационную систему, обеспечивающую современные финансовые и управленческие технологии в режиме реального времени при транзакционной обработке данных.

Под Автоматизированной Информационной Системой промышленного предприятия (АСУ КТП) будем понимать комплекс аппаратно-программных средств реализующих мультикомпонентную информационную систему, обеспечивающую современное управление процессами принятия решений, проектирования, производства и сбыта в режиме реального времени при транзакционной обработке данных.

Как вы видите, оба определения достаточно схожи. На сегодня существования нескольких методов построения автоматизированных информационных систем (АИС), среди которых можно выделить следующие:

Метод "снизу-вверх". Менталитет российских программистов сформировался именно в крупных вычислительных центрах (ВЦ), основной целью которых было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание сотрудников конкретного учреждения. Этот подход во многом сохранялся и при автоматизации и сегодня. В условиях постоянно изменяющихся законодательства, правил ведения производственной, финансово-хозяйственной деятельности и бухгалтерского учета руководителю удобно иметь рядом посредника между спущенной сверху новой инструкцией и компьютером. С другой стороны, программистов, зараженных "вирусом самодеятельности", оказалось предостаточно, тем более что за такую работу предлагалось вполне приличное вознаграждение. Создавая свои отделы и управления автоматизации, предприятия и банки пытались обустроиться своими силами. Однако периодическое "перетряхивание" инструкций, сложности, связанные с разными представлениями пользователей об одних и тех же данных, непрерывная работа программистов по удовлетворению все новых и новых пожеланий отдельных работников и как следствие – недовольство руководителей своими программистами несколько остудило пыл как тех, так и других. Итак, первый подход сводился к проектированию "снизу-вверх" . В этом случае, при наличии квалифицированного штата программистов, вполне сносно были автоматизированы отдельные, важные с точки зрения руководства рабочие места. Общая же картина "автоматизированного предприятия" просматривалась недостаточно хорошо, особенно в перспективе.

Метод "сверху-вниз". Быстрый рост числа акционерных и частных предприятий и банков позволил некоторым компаниям увидеть здесь будущий рынок и инвестировать средства в создание программного аппарата для этого растущего рынка. Из всего спектра проблем разработчики выделили наиболее заметные: автоматизацию ведения бухгалтерского аналитического учета и технологических процессов (для банков это в основном – расчетно-кассовое обслуживание, для промышленных предприятий – автоматизация процессов проектирования и производства, имеется в виду не конкретных станков и т. п., а информационных потоков). Учитывая тот факт, что ядром АИС безусловно является аппарат, обеспечивающий автоматизированное ведение аналитического учета, большинство фирм начали с детальной проработки данной проблемы. Системы были спроектированы "сверху", т.е. в предположении что одна программа должна удовлетворять потребности всех пользователей.

Сама идея использования "одной программы для всех" резко ограничила возможности разработчиков в структуре информационных множеств базы данных, использовании вариантов экранных форм, алгоритмов расчета и, следовательно, лишила возможности принципиально расширить круг решаемых задач – автоматизировать повседневную деятельность каждого работника. Заложенные "сверху" жесткие рамки ("общие для всех") ограничивали возможности таких систем по ведению глубокого, часто специфического аналитического и производственно – технологического учета. Работники проводили эту работу вручную, а результаты вводили в компьютер. При этом интерфейс каждого рабочего места не мог быть определен функциями, возложенными на пользователя, и принятой технологией работы. Стало очевидно, что для успешной реализации задачи полной автоматизации банка следует изменить идеологию построения АИС.

Принципы "дуализма" и многокомпонентности. Развитие банковских структур и промышленных предприятий, увеличение числа филиалов, рост количества клиентов, необходимость повышения качества обслуживания предъявляли к автоматизированным системам новые требования. Новый подход к проектированию АИС заключается в сбалансированном сочетании двух предыдущих. В первую очередь это относилось к идеологии построения ядра системы: "Автоматизированная бухгалтерия – аналитический учет".

Для банковских структур это дало: с одной стороны, в ядре системы сохранялась возможность работы "от лицевого счета", с автоматическим формированием соответствующих бухгалтерских проводок, с другой стороны, отменялись жесткие требования работы только с лицевыми счетами. Появилась возможность ведения бухгалтерского учета по балансовым счетам любого порядка без углубления до уровня лицевых счетов клиентов. При этом ведение аналитического учета по лицевым счетам клиентов опускалось на уровень специализированного программного обеспечения (СПО), установленного на рабочих местах банковских работников (контролеров, кредитных бухгалтеров, инспекторов и т. д.). Таким образом, принципиальное отличие нового подхода к созданию АБС заключается в идее распределения плана счетов по уровням экспертизы. При этом и сам справочник плана счетов с соответствующими описаниями, и информационное множество клиентов проектировались по принципу распределенной базы данных. Результатом этого явилось:

· формирование всех необходимых бухгалтерских проводок, уже агрегированных по балансовым счетам, и автоматическая их передача в базу данных "Автоматизированной бухгалтерии";

· реализация специфических требований каждого банковского работника, в том числе по формированию произвольных отчетов и справок, мемориальных ордеров, операционных дневников; выполнение любых вспомогательных и технологических расчетов и пр.

С использованием гибкой системы настроек СПО (компонентов АБС) появилась реальная возможность адаптации программного аппарата к практически любым условиям и различным требованиям инструктивных материалов и правилам работы, принятым либо в вышестоящей организации, либо в данном банковском учреждении. Кроме того, при многокомпонентной схеме организации АБС при проведении модернизации одного из компонентов центральная часть (ядро) АБС и другие ее компоненты не затрагивались, что значительно повышало надежность, продолжительность жизни автоматизированной системы и обеспечивало наиболее полное выполнение требуемых функций.

Двойственный подход к формированию ежедневного баланса лег в основу т.н. "принципа дуализма" – одного из важных принципов построения современных банковских систем. Реализация принципа дуализма неизбежно требовала построения АБС нового поколения в виде программных модулей, органически связанных между собой, но в то же время способных работать и автономно.

Задача проектирования АИС промышленных предприятий более сложна, т.к. характер обрабатываемой информации еще более разнороден и сложно формализуем. Однако и здесь можно выделить основную модель работы – это работа "от кода проекта". В общем случае код проекта представляет собой аналог (функциональный) лицевого счета, он имеет определенную разрядность, порядок (т.е. конкретная группа цифро-буквенного обозначения характеризует деталь, сборочную единицу, изделие и их уровень взаимосвязи). Причем конкретная часть кода характеризует технологические, конструкторские, финансовые и др. документы. Все это регламентируется соответствующими ГОСТами (аналог инструкций ЦБ для банков), поэтому может быть формализовано. При этом модульный подход к реализации АИС в этом случае еще более важен.

Двойственный подход к формированию ежедневного производственного плана лег в основу т.н. "принципа дуализма" для АИС промышленных предприятий. Реализация принципа дуализма неизбежно также требовала построения АИС предприятий нового поколения в виде программных модулей, органически связанных между собой, но в то же время способных работать и автономно.

Такая многокомпонентная система обеспечивала соблюдение основополагающего принципа построения автоматизированных информационных систем – отсутствия дублирования ввода исходных данных. Информация по операциям, проведенным с применением одного из компонентов системы, могла быть использована любым другим ее компонентом. Модульность построения АИС нового поколения и принцип одноразового ввода дают возможность гибко варьировать конфигурацией этих систем. Так, в банках, имеющих разветвленную филиальную сеть и не передающих данные в режиме реального времени, установка всего СПО во всех филиалах не всегда экономически оправдано. В этих случаях возможна эксплуатация в филиалах ПО общего назначения, предназначенного для первичного ввода информации и последующей автоматизированной обработки данных в СПО, установленном в головном офисе банка. Такая структура дает возможность органически включить в АБС нового поколения компонент для создания хранилища данных, разделяя системы оперативного действия и системы поддержки принятия решения.

Кроме того, одно из достоинств принципа многокомпонентности , являющегося базовым при создании АИС нового поколения, состоит в возможности их поэтапного внедрения. На первом этапе внедрения устанавливаются (или заменяются уже устаревшие) компоненты системы на те рабочие места, которые нуждаются в обновлении ПО. На втором этапе происходит развитие системы с подсоединением новых компонентов и отработкой межкомпонентных связей. Возможность применения такой методики внедрения обеспечивает ее достаточно простое тиражирование и адаптацию к местным условиям. Таким образом, автоматизированная информационная система нового поколения – это многокомпонентная система с распределенной базой данных по уровням экспертизы.

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов. В качестве двух базовых принципов используются следующие:

– принцип "разделяй и властвуй" – принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;

– принцип иерархического упорядочивания – принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

· принцип абстрагирования – заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

· принцип формализации – заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

· принцип непротиворечивости – заключается в обоснованности и согласованности элементов;

· принцип структурирования данных – заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых являются следующие:

· SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели и соответствующие функциональные диаграммы;

· DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных;

· ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы "сущность-связь".

На стадии проектирования ИС модели расширяются, уточняются и дополняются диаграммами, отражающими структуру программного обеспечения: архитектуру ПО, структурные схемы программ и диаграммы экранных форм.

Перечисленные модели в совокупности дают полное описание ИС независимо от того, является ли она существующей или вновь разрабатываемой. Состав диаграмм в каждом конкретном случае зависит от необходимой полноты описания системы.

Методология функционального моделирования SADT. Методология SADT разработана Дугласом Россом. На ее основе разработана, в частности, известная методология IDEF0 (Icam DEFinition), которая является основной частью программы ICAM (Интеграция компьютерных и промышленных технологий), проводимой по инициативе ВВС США.

Методология SADT представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями. Основные элементы этой методологии основываются на следующих концепциях:

– графическое представление блочного моделирования. Графика блоков и дуг SADT-диаграммы отображает функцию в виде блока, а интерфейсы входа/выхода представляются дугами, соответственно входящими в блок и выходящими из него. Взаимодействие блоков друг с другом описываются посредством интерфейсных дуг, выражающих "ограничения", которые в свою очередь определяют, когда и каким образом функции выполняются и управляются;

– строгость и точность.

Выполнение правил SADT требует достаточной строгости и точности, не накладывая в то же время чрезмерных ограничений на действия аналитика. Правила SADT включают:

– ограничение количества блоков на каждом уровне декомпозиции (правило 3-6 блоков);

– связность диаграмм (номера блоков);

– уникальность меток и наименований (отсутствие повторяющихся имен);

– синтаксические правила для графики (блоков и дуг);

– разделение входов и управлений (правило определения роли данных).

– отделение организации от функции, т.е. исключение влияния организационной структуры на функциональную модель.

Методология SADT может использоваться для моделирования широкого круга систем и определения требований и функций, а затем для разработки системы, которая удовлетворяет этим требованиям и реализует эти функции. Для уже существующих систем SADT может быть использована для анализа функций, выполняемых системой, а также для указания механизмов, посредством которых они осуществляются.

Моделирование потоков данных (процессов). В основе данной методологии (методологии Gane/Sarson) лежит построение модели анализируемой ИС – проектируемой или реально существующей. В соответствии с методологией модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных (ДПД или DFD), описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи пользователю. Диаграммы верхних уровней иерархии (контекстные диаграммы) определяют основные процессы или подсистемы ИС с внешними входами и выходами. Они детализируются при помощи диаграмм нижнего уровня. Такая декомпозиция продолжается, создавая многоуровневую иерархию диаграмм, до тех пор, пока не будет достигнут такой уровень декомпозиции, на котором процесс становятся элементарными и детализировать их далее невозможно.

Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те в свою очередь преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям – потребителям информации. Таким образом, основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

– внешние сущности;

– системы/подсистемы;

– процессы;

– накопители данных;

– потоки данных.

Case-метод Баркера. Цель моделирования данных состоит в обеспечении разработчика ИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.

Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD). С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи). ERD непосредственно используются для проектирования реляционных баз данных. Нотация ERD была впервые введена П. Ченом (Chen) и получила дальнейшее развитие в работах Баркера.

Методология IDEF1. Метод IDEF1, разработанный Т.Рэмей (T.Ramey), также основан на подходе П.Чена и позволяет построить модель данных, эквивалентную реляционной модели в третьей нормальной форме. В настоящее время на основе совершенствования методологии IDEF1 создана ее новая версия – методология IDEF1X. IDEF1X разработана с учетом таких требований, как простота изучения и возможность автоматизации. IDEF1X-диаграммы используются рядом распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF).

18. Каноническое проектирование. Состав и содержание стадий и этапов

Каноническое проектирование ЭИС отражает особенности руч­ной технологии индивидуального (оригинального) проектирова­ния, осуществляемого на уровне исполнителей без использова­ния каких-либо инструментальных средств, позволяющих интег­рировать выполнение элементарных операций. Как правило, каноническое проектирование применяется для небольших ло­кальных ЭИС.

В основе канонического проектирования лежит каскадная модель жизненного цикла ЭИС. Процесс каскадного проектиро­вания в жизненном цикле ЭИС в соответствии с применяемым ГОСТ 34601-90 «Автоматизированные системы ста­дий создания» делится на следующие семь

Исследование и обоснование создания системы;

Разработка технического задания;

Создание эскизного проекта;

Техническое проектирование;

Рабочее проектирование;

Ввод в действие;

Функционирование, сопровождение, модернизация.

В целях изучения взаимосвязанных приемов и методов кано­нического проектирования ЭИС перечисленные 7 стадий можно сгруппировать в часто используемые на практике четыре стадии процесса разработки ЭИС (рис. 20).

Традиционно этапы исследования предметной области – пред­приятия, обоснование проекта ЭИС для него и разработки тех­нического задания объединяют термином «Предпроектная ста­дия» («Предпроектное обследование»), поскольку результаты выполнения работ на данных этапах не являются законченным проектным решением. Основное назначение «Предпроектной ста­дии» заключается в обосновании экономической целесообразно­сти создания ЭИС и формулировании требований к ней.

На первой«Предпроектной стадии» принято выделять два основных этапа: сбор материалов обследования; анализ матери­алов обследования и разработка технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ).

Рис. 20. ТСП стадий и этапов канонического проектирования ЭИС

Д1.1 – предметная область; Д1.2 –материалы обследования; Д1.3 –ТЭО, ТЗ на проектирование; Д1.4 – эскизный проект; Д2.1 – техно-рабочий проект (ТРП); Д3.1 – исправленный ТРП, переданный в эксплуатацию; Д3.2 – акт о приемке проекта в промышленную эксплуатацию; Д4.1 – модернизированный ТРП

В результате выполнения первого этапа проектировщи­ки получают материалы обследования (Д1.2), которые должны со­держать полную и достоверную информацию, описывающую изучаемую предметную область – предприятие, в том числе: цель функционирования; организационную структуру системы и объекта управления, т.е. его управленческие отделы, цехи, склады и хозяй­ственные службы; функции управления, выполняемые в этих под­разделениях, протекающие в них технологические процессы обработки управленческой и экономической информации, а также мате­риальные потоки и процессыих обработки, ресурсные ограничения.

После выполнения второго этапа проектировщики по­лучают количественные и качественные характеристики инфор­мационных потоков, описание их структуры и мест обработки, объемов выполняемых операций и трудоемкости их обработки. На основе этих материалов разрабатываются два документа: «Тех­нико-экономическое обоснование проектных решений» (ТЭО), со­держащее расчеты и обоснование необходимости разработки ЭИС для предприятия и выбираемых технологических и проектных ре­шений (Д1.3), и «Техническое задание» (ТЗ), в состав которого вхо­дят требования к создаваемой системе и ее отдельным компонен­там: программному, техническому и информационному обеспече­нию и целевая установка на проектирование новой системы (Д1.4). Эти документы являются основными для последующего проекти­рования ЭИС в соответствии с заданными требованиями.

Для сложных ЭИС иногда на этой стадии включают третий этап – разработку «Эскизного проекта». На этапе «Эскизного проекта» сформулированные ранее требования служат основой для разработки предварительных решений по ЭИС в целом и от­дельным видам обеспечения. Эти решения прорабатываются на логическом уровне, включая алгоритмы обработки информации, описание информационных потребностей пользователей на уров­не названий документов и показателей.

Вторая стадия«Техно-рабочее проектирование» выпол­няется в два этапа: техническое проектирование и рабочее про­ектирование.

На этапе «Техническое проектирование» выполняются рабо­ты по логической разработке и выбору наилучших вариантов про­ектных решений, в результате чего создается «Технический проект». Этап «Рабочее проектирование» связан с физической реали­зацией выбранного варианта проекта и получением документации «Рабочего проекта». При наличии опыта проектирования эти этапы иногда объединяются в один, в результате выполнения которого получают «Техно-рабочий проект» (ТРП) – Д2.1.

Третья стадия«Внедрение проекта» включает в себя три этапа: подготовка объекта к внедрению проекта; опытное вне­дрение проекта и сдача его в эксплуатацию.

На этапе «Подготовка объекта к внедрению проекта» осуще­ствляется комплекс работ по подготовке предприятия к внедре­нию разработанного проекта ЭИС. На этапе «Опытное внедрение» осуществляют проверку правильности работы некоторых частей проекта и получают исправленную проектную докумен­тацию и «Акт о проведении опытного внедрения». На этапе «Сда­ча проекта в промышленную эксплуатацию» осуществляют комплексную системную проверку всех частей проекта, в результате которой получают доработанный «Техно-рабочий проект» (ДЗ. 1) и «Акт приемки проекта в промышленную эксплуатацию» (Д3.2).

Четвертая стадия –«Эксплуатация и сопровождение проекта» включает этапы: эксплуатация проекта; сопровождение и модернизация проекта.

На этапе «Эксплуатация проекта» получают информацию о работе всей системы в целом и отдельных ее компонентов и соби­рают статистику о сбоях системы в виде рекламаций и замечаний, которые накапливаются для выполнения следующего этапа. На этапе «Сопровождение проекта» выполняются два вида работ: лик­видируются последствия сбоев в работе системы и исправляются ошибки, не выявленные при внедрении проекта, а также осуще­ствляется модернизация проекта, В процессе модернизации проект либо дорабатывается, т.е. расширяется по составу подсистем и за­дач, либо производится перенос системы на другую программную или техническую платформу с целью адаптации ее к изменяющим­ся внешним и внутренним условиям функционирования, в резуль­тате чего получают документы модернизированного «Техно-рабочего проекта» (Д4.1).

При изучении существующей экономической системы разра­ботчики должны уточнить границы изучения системы, опреде­лить круг пользователей будущей ЭИС различных уровней и вы­делить классы и типы объектов, подлежащих обследованию и последующей автоматизации.

Важнейшими объектами обследования могут являться:

Структурно-организационные звенья предприятия (например, отделы управления, цехи, участки, рабочие места);

Функциональная структура, состав хозяйственных процессов и процедур;

Стадии (техническая подготовка, снабжение, производство, сбыт) и элементы хозяйственного процесса (средства труда, предметы труда, ресурсы, продукция, финансы).

При каноническом проектировании основной единицей об­работки данных является задача. Поэтому функциональная струк­тура проблемной области на стадии предпроектного обследования изучается в разрезе решаемых задач и комплексов задач. При этом задача в содержательном аспекте рассматривается как со­вокупность операций преобразования некоторого набора исход­ных данных для получения результатной информации, необходимой для выполнения функции управления или принятия управ­ленческого решения. В большинстве случаев исходные данные и результатыих преобразований представляются в форме эконо­мических документов. Поэтому к числу объектов обследования относятся компоненты потоков информации (документы, пока­затели, файлы, сообщения). Кроме того, объектами обследова­ния служат:

Технологии, методы и технические средства преобразования информации;

Материальные потоки и процессы их обработки.

Основной целью выполнения первого этапа предпроект­ного обследования «Сбор материалов» является:

Выявление основных параметров предметной области (напри­мер, предприятия или его части);

Установление условий, в которых будет функционировать про­ект ЭИС;

Выявление стоимостных и временных ограничений на процесс проектирования.

На этом этапе проектировщиками выполняется ряд техноло­гических операций и решаются следующие задачи: предваритель­ное изучение предметной области; выбор технологии проектирования; выбор метода проведения обследования; выбор метода сбора материалов обследования; разработка программы обсле­дования; разработка плана-графика сбора материалов обследо­вания; сбор и формализация материалов обследования.

Выполнение операции «Предварительное изучение предметной области» имеет своей целью на основе общих сведений об объекте выявить предварительные размеры объемов работ по проектированию и состав стоимостных и временных ог­раничений на процессы проектирования, а также найти примеры разработок проектов ЭИС для аналогичных систем.

Важной операцией, определяющей все последующие работы по обследованию объекта и проектированию ЭИС, является «Выбор технологии проектирования» . В настоящее время в универсум входит несколько типов технологий проекти­рования: технология оригинального, типового, автоматизирован­ного и смешанного вариантов проектирования.

Для технологии оригинального проектирования характерно создание уникального проектного решения для экономической системы. При этом могут создаваться не только индивидуальные проекты, но и соответствующие методики проведения проектных работ. Поэтому технологию оригинального проектирования ис­пользуют в том случае, если хотят, чтобы получаемый в резуль­тате проектирования индивидуальный проект в полной мере отображал все особенности соответствующего объекта управления при невысокой стоимости разработки, понятности и доступнос­ти получаемого решения заказчику. К числу ограничений по ис­пользованию оригинального проектирования можно отнести низкую степень автоматизации проектных работ, длительные сроки разработки, низкое качество документирования, отсутствие преемственности в проектных решениях.

CRP. Основные функции MRP-систем.

Сейчас, во время всевозможных гаджетов и электронных девайсов, которые переполняют среду обитания обычного человека, актуальна проблема – как эти все интеллектуальные устройства увязать между собой. Почти в любой квартире есть телевизор, компьютер/ноутбук, принтер, сканер, звуковая система, и хочется как-то скоординировать их, а не перекидывать бесконечное количество информации флешками, и при этом не запутаться в бесконечных километрах проводов. Та же самая ситуация касается офисов – с немалым количеством компьютеров и МФУ, или других систем, где нужно увязать разных представителей электронного сообщества в одну систему. Вот тут и возникает идея построения локальной сети. А основа грамотно организованной и структурированной локальной сети – сетевой коммутатор.



ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Для построения локальных сетей используются и другие устройства – концентраторы (хабы) и маршрутизаторы (роутеры). Сразу, во избежание путаницы, стоит указать на различия между ними и коммутатором.

Концентратор (он же хаб) – является прародителем коммутатора. Время использования хабов фактически ушло в прошлое, из-за следующего неудобства: если информация приходила на один из портов хаба, он тут же ретранслировал ее на другие, «забивая» сеть лишним трафиком. Но изредка они еще встречаются, впрочем, среди современного сетевого оборудования выглядят, как самоходные кареты начала 20-го века среди электрокаров современности.

Маршрутизаторы – устройства, с которыми часто путают коммутаторы из-за похожего внешнего вида, но у них более обширный спектр возможностей работы, и ввиду с этим более высокая стоимость. Это своего рода сетевые микрокомпьютеры, с помощью которых можно полноценно настроить сеть, прописав все адреса устройств в ней и наложив логические алгоритмы работы – к примеру, защиту сети.

Коммутаторы и хабы чаще всего используются для организации локальных сетей, маршрутизаторы – для организации сети, связанной с выходом в интернет. Однако следует заметить, что сейчас постепенно размываются границы между коммутаторами и маршрутизаторами – выпускаются коммутаторы, которые требуют настройки и работают с прописываемыми адресами устройств локальной сети. Они могут выполнять функции маршрутизаторов, но это, как правило, дорогостоящие устройства не для домашнего использования.
Самый простой и дешевый вариант конфигурации домашней локальной сети средних размеров (с количеством объектов более 5), с подключением к интернету, будет содержать и коммутатор, и роутер:

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ

• Вид коммутатора – управляемый, неуправляемый и настраиваемый.

1. Неуправляемые коммутаторы – не поддерживают протоколы сетевого управления. Наиболее просты, не требуют особых настроек, стоят недорого: от 440 до 2990 рублей. Оптимальное решение для маленькой локальной сети. Со сборкой локальной сети на их основе справится даже человек, далекий от этих дел – требуется лишь купить сам коммутатор, кабели необходимой длины для подключения оборудования (лучше, в виде атч-корда , т.е. «с вилками» в сборе – не забудьте перед покупкой осмотреть оборудование, к которому будет подключаться кабель, и уточнить, какой именно тип разъема вам понадобится), ну и собрать саму сеть. Простейшая настройка описана в документации к устройству.
2. Управляемые коммутаторы – поддерживают протоколы сетевого управления, обладают более сложной конструкцией, предлагают более широкий функционал – с помощью WEB-интерфейса или специализированных программ ими можно управлять, прописывая параметры подключенной к ним сети, приоритеты отдельных устройств и пр. Именно этот тип коммутаторов может заменять маршрутизаторы. Цена на такие устройства колеблется в диапазоне от 2499 до 14490 рублей. Данный вид коммутаторов представляет интерес для специализированных локальных сетей – видеонаблюдение, промышленная сеть, офисная сеть.
3. Настраиваемые коммутаторы – устройства, которые поддерживают некоторые настройки (к примеру – конфигурирование VLAN (создание подгрупп)), но все равно во многом уступают управляемым коммутаторам. Настраиваемые коммутаторы могут быть как управляемыми, так и неуправляемыми.

• Размещение коммутатора – может быть трех типов:

1. Настольный – компактное устройство, которое можно просто разместить на столе;
2. Настенный – небольшое устройство, которое, как правило, можно расположить как на столе, так и на стене – для последнего предусмотрены специальные пазы/крепления;
3. Монтируемый на стойку – устройство с предусмотренными пазами для монтажа в стойку сетевого оборудования, но которое, как правило, также можно расположить на столе.

• Базовая скорость передачи данных – скорость, с которой работает каждый из портов устройства. Как правило, в параметрах коммутатора указывается сразу несколько цифр, к примеру: 10/100Мбит/сек – это означает, что порт может работать и со скоростью 10Мбит/сек, и 100Мбит/сек, автоматически подстраиваясь под скорость источника данных. Представлены модели с базовой скоростью:

• Общее количество портов коммутатора – один из основных параметров, в принципе именно он больше всего влияет конфигурацию локальной сети, т.к. от него зависит, какой количество оборудования вы сможете подключить. Диапазон лежит в пределах от 5 до 48 портов. Коммутаторы с количеством портов 5-15  наиболее интересны для построения маленькой домашней сети, устройства с количеством портов от 15 до 48  ориентированы уже на более серьезные конфигурации.

• – порты, поддерживающие скорость 100Мбит/сек, бывает до 48 ;
• Количество портов со скоростью 1Гбит/сек – порты, поддерживающие скорость 1Гбит/сек – что особенно актуально для высокоскоростной передачи данных, бывает до 48 ;
• Поддержка РоЕ – если такой параметр есть , то означает, что подключенное к порту с этой опцией устройство можно питать по сетевому кабелю (витой паре), при этом никакого влияния на передающийся сигнал информации не оказывается. Функция особенно привлекательна для подключения устройств, к которым нежелательно, либо невозможно подводить дополнительный кабель питания – к примеру, для WEB-камер.
• SFP-порты  – порты коммутатора для связи с устройствами более высокого уровня, либо с другими коммутаторами. По сравнению с обычными портами могут поддерживать передачу данных на более дальние расстояния (стандартный порт с RJ-45 разъемом и подключенным кабелем «витая пара» поддерживает передачу в пределах 100м). Такой порт не оснащен приемо-передатчиком, это только слот, к которому можно подключить SFP-модуль, представляющий из себя внешний приемо-передатчик для подключения нужного кабеля – оптического, витой пары.

• Скорость обслуживания пакетов – характеристика, обозначающая производительность оборудования, и измеряющаяся в миллионах пакетов в секунду – Мррs. Как правило, подразумеваются пакеты размеров 64 байта (уточняется производителем). Величина этой характеристики различных устройств лежит в пределах от 1,4 до 71,4 Мррs .

• маленькая домашняя локальная сеть , включающая, к примеру, несколько компьютеров, принтер, телевизор и музыкальный центр (при условии, что все оборудование поддерживает сетевое подключение);

Раздел 2. Коммутаторы D-Link

Раздел 1. АТМ коммутаторы

В настоящее время технология АТМ лежит в основе глобальной высокоскоростной магистральной сети, предоставляющей услуги мультимедиа, то есть услуги, которые могут одновременно использовать несколько различных служб связи. Для работы такой сети требуется как транзитные узлы коммутации, так и узлы доступа, осуществляющие коммутацию на местном и региональном уровне. Естественно, что отдельные конкретные узлы коммутации могут объединять обе эти функции.

Широкое применение коммутаторов значительно повысило эффективность использования сети за счет равномерного распределения полосы пропускания между пользователями и приложениями.

Общий термин “коммутация ”применяется для четырех различных технологий:

– конфигурационной коммутации;

– коммутации кадров;

– коммутации ячеек;

– преобразования между кадрами и ячейками.

В основе конфигурационной коммутации лежит нахождение соответствия между конкретным портом коммутатора и определенным сегментом сети. Это соответствие может программно настраиваться при подключении или перемещении пользователей в сети.

При коммутации кадров используются кадров сетей Ethernet, Token Ring и т.д. Кадр при поступлении в сеть обрабатывается первым коммутатором на его пути. Под термином обработка понимается вся совокупность действий, производимых коммутатором для определения своего выходного порта, на который необходимо направить данный кадр. После обработки он передается далее по сети следующему коммутатору или непосредственно получателю. Из-за возможности возникновения выходных конфликтов в коммутаторе АТМ должна быть предусмотрена возможность буферизации пакетов АТМ. И виртуальные каналы (VC) и виртуальные пути (VP) определены как виртуальные соединения между смежными объектами маршрутизации в ATM сети. Логическая связь между двумя конечными пользователями состоит из ряда виртуальных связей, если коммутируются n коммутационных узлов виртуальный путь является связкой виртуальных каналов. Так как виртуальное соединение маркируется посредством иерархического ключа VPI/VCI (идентификатор виртуального пути / идентификатор виртуального канала) в заголовке ATM ячейки, коммутационная схема может использовать или коммутацию полного VC или только VP коммутацию. Первый случай соответствует полному ATM коммутатору, в то время как последний случай относится к упрощенному коммутационному узлу с уменьшенной обработкой, где минимальный объект коммутации – виртуальный путь. Поэтому коммутатор VP/VC повторно назначает новый VPI/VCI на каждую коммутируемую виртуальную ячейку, принимая во внимание, что только VPI повторно назначается в коммутаторе VP, как показано в примере на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Коммутатор виртуальных пакетов и виртуальных каналов

Общая модель коммутатора показана на рисунке 1.2. Эталон коммутатора включает N контроллеров входных портов (IPC), N контроллеров выходных портов (OPC) и взаимосвязанную сеть (IN). Очень важный блок, который не показан на рисунке процессор запроса, задача которого состоит в том, чтобы получить от IPC запросы на установление соединение и использовать соответствующий алгоритм, чтобы решить, принимать или отказывать в установлении соединения.

Пример коммутации в ATM представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Пример коммутатора АТМ

Две ATM ячейки получены ATM узлом номер один и их идентификаторы VPI/VCI, А и C, занесены в контроллер входных портов с новыми VPI/VCI маркированными F и E; ячейки также адресованы выходным соединением c и f, соответственно.

Первый пакет поступает на нисходящий коммутатор J, где его ярлык исправляется на новый ярлык B и адресуется выходному соединению c. Последний пакет входит в нисходящий узел K, где он меняется на новый VPI/VCI и выдается адрес выхода коммутатора g. Даже если не показано на рисунке, использование техники самомаршрутизации для ячейки в пределах взаимосвязанной сети требует, чтобы IPC присвоила адрес выходного соединения, размещенный в виртуальном соединении каждой отдельной ячейки. Этот ярлык самомаршрутизации удаляется OPC перед тем, как ячейка покидает узел коммутации.

Идеальным можно считать коммутатор, который в состоянии без потерь и с минимально возможной задержкой направлять все поступающие пакеты по требуемым выходным каналам, сохраняя при этом порядок, в котором пакеты поступили на вход. Помимо основных операций по коммутации и буферизации от коммутатора может потребоваться выполнение еще двух функций. Первая из них - многоадресная передача, а вторая - возможность приоритетного обслуживания.

Все коммутаторы делятся на три типа:

– с коллективной памятью;

– с общей средой;

– с пространственным разделением.

1.1 Коммутаторы с коллективной памятью

Высокоскоростные коммутаторы ячеек с коллективной памятью можно считать наиболее естественным типом коммутаторов АТМ из-за большего сходства их принципов построения с традиционными коммутаторами пакетов, используемыми в вычислительных сетях.

Все входные и выходные контроллеры непосредственно соединены с общим запоминающим устройством, доступным для записи со всех входных контроллеров и чтения для всех выходных контроллеров. В рассматриваемом варианте архитектуры коммутатора АТМ должны быть удовлетворены два основных конструктивных требования.

Во-первых, время, необходимое процессору для того, чтобы определить, в какую очередь поставить поступивший пакет и выработать соответствующие управляющие сигналы, должно быть достаточно мало, чтобы процессор успевал справляться с потоком поступающих пакетов. Следовательно, в системе должен быть центральный контроллер, способный в течение каждого временного цикла обрабатывать последовательно N входных пакетов и выбирать N пакетов для дальнейшей передачи. Во-вторых, самое важное требование относится к коллективной памяти. Скорость записи/считывания должна быть достаточно велика, чтобы можно было обслужить одновременно весь входной и выходной трафик. Если число портов равно N , а скорость обмена через порт равна V , то скорость записи/считывания должна составлять 2NV . Так, для 32-х канального коммутатора с канальной скоростью 150 Мбит/с скорость запись/считывание должна составлять, по крайней мере, 9,6 Гбит/с.

Следует отметить, что в коммутаторе с коллективной памятью требуемый объем памяти определяется не только количеством портов N , поступающей нагрузкой, моделью трафика, но и способом коллективного использования памяти различными выходными очередями. Так, в одном случае память может быть разбита на N различных секций, каждая из которых предназначена для отдельной очереди (полное разбиение памяти). А в другом крайнем случае может быть организовано полностью совместное использование памяти, при котором все очереди могут формироваться в любой области памяти, и пакет будет потерян лишь тогда, когда заполнена вся память. Естественно, совместное использование ведет к минимизации объема памяти.

Примером коммутатора с общей памятью является коммутатор Prelude, разработанный во Франции в Национальном центре исследований в области связи (СМЕТ). Примечательно, что основные инженерно-конструкторские идеи, воплощенные в этом коммутаторе, актуальны и по сей день.

Принцип коммутатора с коллективной памятью показан на рисунке 1.4. Все входные и выходные контроллеры непосредственно соединены с общим запоминающим устройством, доступным для записи со всех входных контроллеров и чтения для всех выходных контроллеров.

IC – входной контроллер

OC – выходной контролер

Memory –память

Рисунок 1.4 – Коммутационный элемент с коллективной памятью

1.2 Коммутаторы с общей средой

В коммутаторах с общей средой все пакеты, поступающие по входным каналам, синхронно мультиплексируются в общую среду с высокой скоростью передачи, в качестве которой может выступать общая шина с разделением по времени или кольцо.

Если в качестве общей среды выступает параллельная шина, то ее полоса пропускания должна быть в N раз больше, чем скорость передачи по одному входному каналу. Каждый выходной канал присоединен к шине через интерфейс, состоящий из адресного фильтра (АФ) и выходного буфера, организованного по принципу "первым пришел - первым вышел" (FIFO).

Такой интерфейс в состоянии принять все пакеты, передаваемые по шине. В зависимости от значений идентификатора виртуального пути и виртуального канала, содержащихся в заголовке ячейки, адресный фильтр в каждом интерфейсе определяет, следует ли записывать ячейку в буфер данного выхода или нет. Таким образом, подобно коммутаторам с коллективной памятью коммутаторы с общей средой основаны на мультиплексировании всех поступающих пакетов в один поток и с последующим демультиплексированием общего потока на отдельные потоки по одному на каждый выход. Все пакеты проходят по единому пути - широковещательной шине с временным разделением, а демультиплексирование осуществляется адресными фильтрами в выходных интерфейсах.

Отличие коммутатора с общей средой от коммутатора с коллективной памятью заключается в том, что в данном типе архитектуре осуществляется полностью раздельное использование памяти выходными очередями, так что последние могут быть организованы по принципу "первым пришел - первым обслужен". Примером реализации такой архитектуры служит коммутатор Atom, разработанный фирмой NEC. Как и в случае архитектуры с коллективной памятью, реализация архитектуры с общей шиной во многом определяется тем, каким образом обеспечить высокую скорость передачи данных в шине и буферных устройствах, которые должны работать со средней скоростью NV , где V - скорость обмена через порт.

IC – входной контроллер

ОС – выходной контроллер

TDM – мультиплексирование с временным разделением.

Рисунок 1.5 – Шинная структура коммутатора

1.3 Коммутаторы АТМ с пространственным разделением

В противоположность вариантам архитектуры с коллективной памятью и общей средой, для которых характерно мультиплексирование входного трафика всех входных каналов в единый поток, в N раз превышающий полосу одного канала, в коммутаторе с пространственным разделением от входов к выходам устанавливается несколько соединений, скорость передачи по каждому из которых может быть равна скорости передачи по одному каналу.

Другой особенностью является то, что управление коммутатором не обязательно должно быть централизованным, а может быть распределенным.

В отличие от коммутаторов с коллективной памятью или с общей средой в структурах коммутаторов с пространственным разделением, для которых характерна возможность внутренних блокировок, выходная буферизация невозможна. Коммутаторы с пространственным разделением могут быть разбиты на три большие группы:

– матричные на рисунке 1.6;

– баньяновидные (древовидные);

– с N 2 раздельными соединениями.

1.4 Матричные коммутационные структуры

Внутренняя неблокируемая коммутационная структура может быть построена путем использования перекрестной прямоугольной матрицы для создания взаимосвязной сети на рисунке 1.2. Одновременно с этим существует возможность связки любой незанятой пары вход - выход. Так или иначе, перекрестная связь входа и выхода зависит от информации ячейки так же, как и от случайности возникновения «опасных соревнований» ячеек.

Внутри такой коммутационной структуры возможны различные расположения буферов:

– на входных контроллерах;

– на выходных контроллерах;

– в узлах матрицы.

IC – входной контроллер

ОС – выходной контроллер

Рисунок 1.2 – Матричная коммутационная структура

1.5 Входная буферизация в коммутаторах матричного типа

При входной буферизации отдельные буферы размещаются на входных контроллерах, показанно на рисунке 1.3. При использовании FIFD буферов (first-in first-out) конкуренция возникает в случае появления двух или более ячеек, находящихся в голове очереди, стремящихся одновременно к одному и тому же выходу . В этом случае происходит блокировка в голове очереди, т.е. пакеты, следующие за блокированным в голове очереди пакетом, также блокируется, даже если они предназначены для другого доступного выхода. Для преодоления этого недостатка, FIFD буфера могут быть замещены на запоминающее устройство с произвольной выборкой (RAM). Если первая ячейка заблокирована, то для передачи выбирается следующая, при условии, что ее порт назначения свободен.

Рисунок 1.3 – Коммутатор матричного типа с входными буферами

1.6 Выходная буферизация в коммутаторах матричного типа

Рисунок 1.4 показывает коммутационную структуру, состоящую из матрицы с выходными буферами . Только в случае, когда матрица функционирует на той же скорости, что и входящие линии, может возникнуть конфликт «опасных соревнований» (несколько ячеек одновременно стремятся попасть на один выход). Этот недостаток может быть сконцентрирован путем понижения прямого доступа буферного времени и увеличения скорости коммутатора матричного типа. Эти факторы могут привести к технологическим ограничениям в размере коммутационной структуры.

Коммутационный элемент с выходной буферизацией будет не блокируемым в том случае, когда фактор быстродействия коммутатора матричного типа равен b (т.е. b ячеек одновременно стремятся попасть на один выход) для b х b коммутационного элемента.

Рисунок 1.4 – Коммутатор матричного типа с выходной буферизацией

1.7 Буферизация в точках пересечения коммутатора матричного типа

Буферы могут быть также расположены в индивидуальных точках пересечения матрицы рисунок 1.5 . Такой коммутационный элемент получил название «Бабочка»(butterfly). Эта схема предупреждает столкновение ячеек, движущихся к одному выходу. Если более чем в одном буфере находятся ячейки, предназначенные для одного и того же выхода, то по той или иной системе должен быть выбран буфер, обслуживаемый первым.

В действительности, эта стратегия размещения буфера имеет недостаток: малого размера буфер требуется на каждой точке пересечения (узле), и разделить этот буфер не представляется возможным.

Рисунок 1.5 – Буферизация в точках пересечения коммутатора матричного типа

Поэтому невозможно достигнуть той же эффективности работы коммутационной структуры, какую обеспечивает коммутационная структура с выходной буферизацией.

1.8 Баньян сети

Отличительное свойство Баньян сети – это существование перехода от любого входа к любому выходу .

b) реверсная смешанная сеть;

c) особо чувствительная Баньян сеть;

d) обыкновенная сеть.

Рисунок 1.6 – Четыре вида сетей, принадлежащих к классу Баньян

Основное свойство этих сетей:

– они состоят из n=log2N и N/2 узлов на уровень;

– они имеют самонастраивающееся свойство – уникальный n-битный адрес назначения может использоваться для передачи ячейки от любого входа к любому выходу, по одному биту на каждый уровень;

– их регулярность и взаимосвязная схема очень привлекательна для применения в VLSI (VLSI - сверх большая степень интеграции).

Рисунок 1.7 показывает пример соединения в Баньян сети 8х8, где темные линии отражают передающие пути. С правой стороны адрес каждого выходного сигнала обозначен как ряд n-битов,b1…bn. Адрес ячейки сигнала закодирован в заголовке ячейки. На первом уровне проверяется бит b1, если это 0, ячейка будет выдвинута на высший, исходящий уровень; если это1,то ячейка отправляется на низший уровень. На следующем уровне проверяется бит b2, передача сигнала происходит аналогично.

Рисунок 1.7 – Баньян сеть 8х8

Внутренняя блокировка происходит в случае когда ячейка потеряна из-за конфликтных ситуаций на уровне сети. Рисунок 3.3 приводит пример внутренней блокировки внутри Баньян сети 8х8.

Тем не менее, Баньян сеть не будет иметь внутренних блокировок, если будут соблюдены следующие условия:

– нет свободного входного сигнала между любыми двумя активными входами;

– выходные адреса ячеек находятся либо в прямом, либо в обратном порядке.

Рисунок 1.8 – Блокировка в Баньян сети 8х8

Рассмотрим рисунок 1.9. Предположим, что Баньян сети предшествует сети которая накапливает ячейки и сортирует их, учитывая их выходные значения. Получившаяся в результате структура является неблокирующей сортирующей Баньян сетью.

а) неблокируемая Баньян сеть для входных сигналов;

b) сортирующая Баньян сеть.

Рисунок 1.9 – Неблокируемая и сортирующая Баньян сеть

1.9 Широкополосная баньян сеть. Обобщенный алгоритм самотрассировки

Широкополосная Баньян сеть – это сеть с коммутационными узлами, копирующими ячейки. Ячейка, прибывающая в каждый узел, может быть либо трассирована в один из выводных каналов, либо дублирована и отправлена по двум выводным каналам. Существует три варианта log23 = 1.585, а это значит, что минимальный объем информации заголовка равен двум бит а каждый узел.

На рисунке 1.10 представлен обобщенный алгоритм одно - битовой самотрассировки для ряда N-битных адресов с произвольным назначением. Когда ячейки прибывает в узел k-каскада, трассировка ячейки определяется k битами заголовков всех адресов назначения. Если все они равны нулю или единице, тогда ячейка отправляется в нулевой вывод или в единичный соответственно. В противном случае, копии ячеек отправляются в оба вывода, и соответственно копиям этих двух ячеек в заголовках изменяются адреса назначения: заголовки копий ячеек, отправленных в нулевой вывод или единичный, содержат адреса первоначальных заголовков в k бит, равных нулю или единице соответственно.

Рисунок 1.10– Обобщенный алгоритм самомаршрутизации

На рисунке 1.11 представлено дерево ввода-вывода, образуемое обобщающим алгоритмом самомаршрутизации.

Рисунок 1.11 – Дерево ввода-вывода, образуемое обобщающим алгоритмом самомаршутизации

При выполнении обобщенного алгоритма самотрассировки могут возникнуть трудности:

– заголовки ячеек содержат изменяющиеся адресные номера и

коммутационным узлам приходится считывать их все;

– при модификации заголовков ячеек учитывается вся совокупность

адресов, что усложняет работу коммутационных узлов;

– схема всех каналов выводов и вводов образует дерево в сети.

Деревья, образованные произвольным рядом входных ячеек, зависят от каналов. Таким образом, из-за нерегулярности ряда абсолютных адресов назначения в заголовках ячеек, система является блокирующей. Но в копирующей системе, где ячейки копируются, но не отправляются по абсолютным адресам, вместо абсолютных адресов могут использоваться фиктивные.

Фиктивные адреса каждой ячейки могут выстраиваться непрерывно, так чтобы весь ряд фиктивных адресов представлял интервал (адресный), состоящий из MIN и MAX текущих сумм. Адресный интервал входных ячеек можно сделать монотонным для обеспечения неблокирования в нижеописанной широкополосной Баньян сети.

Типичная сеть состоит из узлов (компьютеров), соединенных средой передачи данных (кабельной или беспроводной) и специализированным сетевым оборудованием, таким как маршрутизаторы, концентраторы или коммутаторы. Все эти компоненты сети, работая вместе, позволяют пользователям пересылать данные с одного компьютера на другой, возможно даже в другую часть света.

Коммутаторы – фундаментальная часть большинства современных сетей. Используя микросегментацию , они дают возможность одновременно посылать по сети информацию множеству пользователей. Микросегментация позволяет создать частные или выделенные сегменты – по одной рабочей станции на сегмент (к порту коммутатора подключается не сегмент, а только рабочая станция). Каждая рабочая станция, при этом, получает доступ сразу ко всей полосе пропускания, и ей не приходится конкурировать с другими станциями. Если оборудование работает в дуплексном режиме, то исключаются коллизии.

Существует множество различных типов коммутаторов и сетей. Коммутаторы, которые обеспечивают выделенное соединение для каждого узла внутренней сети компании, называются коммутаторами локальных сетей (LAN Switches) .

2.1 Преимущества использования коммутаторов LAN в сетях

Большинство первых локальных сетей использовало концентраторы для организации соединения между рабочими станциями сети. По мере роста сети, появлялись следующие проблемы:

· Маштабируемость сети (Scalability) – в сети, построенной на концентраторах, ограниченная совместно используемая полоса пропускания сильно затрудняет рост сети без потери производительности, а современные приложения требуют большую полосу пропускания, чем раньше.

· Задержка (Latency) – количество времени, которое требуется пакету, чтобы достичь пункта назначения. Т.к. каждый узел в сети, построенной на концентраторах должен ждать появления возможности передачи данных во избежании коллизий, то задержка может значительно увеличиться при наращивании узлов в сеть. Или, если кто-то передает по сети большой файл, все остальные узлы должны ждать окончания его передачи, чтобы получить возможность отправить свои данные.

· Сбой в сети (Network failure) – в обычной сети, одно устройство, подключенное к концентратору, может вызвать проблемы у остальных устройств, подключенных к нему из-за несоответствия скоростей работы (100 Мбит/с сетевой адаптер и 10 Мбит/с концентратор) или большого числа широковещательных сообщений (broadcast). Коммутаторы могут быть сконфигурированы для ограничения количества широковещательных пакетов.

· Коллизии (Collisions) – в полудуплексном Ethernet используется метод Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD) для доступа к разделяемой среде передачи данных. При этом способе доступа, узел не сможет отправить свой пакет до тех пор, пока не убедиться, что среда передачи свободна. Если два узла обнаружили, что среда передачи свободна и начали передачу в одно и тоже время, возникает коллизия и пакет теряется. Часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети эта коллизия возникла, называется доменом коллизий (collision domain) . Сеть Ethernet, построенная на концентраторах, всегда образует один домен коллизий.

Простая замена концентраторов на коммутаторы позволяет значительно повысить эффективность локальных сетей, при этом не требуется замена кабельной проводки или сетевых адаптеров. Коммутаторы делят сеть на отдельные логические сегменты, изолируя трафик одного сегмента от трафика другого сегменты, создавая при этом небольшие по размеру домены коллизий.

Разделение большой сети на несколько автономных сегментов при помощи коммутаторов имеет несколько преимуществ. Поскольку перенаправлению подвергается только часть трафика, коммутаторы уменьшают трафик, принимаемый устройствами во всех сегментах сети. Коммутаторы могут выполнять функции межсетевого экрана (брандмауэра), не пропускающего некоторые потенциально опасные сетевые ошибки и обеспечивать обмен данными между большим количеством устройств. Коммутаторы увеличивают фактический размер сети, позволяя подключать к ней удаленные станции, которые иначе подключить нельзя. Для сетей Fast Ethernet или Gigabit Ethernet коммутатор является эффективным способом преодоления ограничения более “двух повторителей” при построении сети на концентраторах. Коммутаторы могут соединять локальные сети с различной полосой пропускания. Например, с помощью коммутатора можно соединить 10-мегабитную и 100-мегабитную локальные сети Ethernet. Некоторые коммутаторы поддерживают коммутацию без буферизации пакетов (cut-through switching), что уменьшает задержки в сети.

Еще одно существенное преимущество коммутаторов над концентраторами следующее. Все узлы, подключенные к концентратору, делят между собой всю полосу пропускания. Коммутаторы предоставляют каждому узлу (если он подключен непосредственно к порту коммутатора) отдельную полосу пропускания, чем уменьшают вероятность коллизий в сетевых сегментах.

Например, если к 10 Мбит/с концентратору подключено 10 устройств, то каждый узел получит пропускную способность равную 1 Мбит/с (10/N Мбит/с, где N-количество рабочих станций), даже если не все устройства будут передавать данные. Если вместо концентратора поставить коммутатор, то каждый узел сможет функционировать на скорости 10 Мбит/с.

До появления коммутаторов, сети Ethernet были полудуплекными , т.е. только одно устройство могло передавать данные в любой момент времени. Коммутация позволила сети Ethernet работать в полнодуплексном режиме.

Полнодуплексный режим – это дополнительная возможность одновременной двухсторонней передачи по линии связи "точка – точка" на МАС - подуровне. Функционально дуплексная передача намного проще полудуплексной, т.к. она не вызывает в среде передачи коллизий, не требует составления расписания повторных передач и добавления битов расширения в конец коротких кадров. В результате не только увеличивается время, доступное для передачи данных, но и удваивается полезная полоса пропускания канала, поскольку каждый канал обеспечивает полноскоростную одновременную двустороннюю передачу.

2.2 Технологии коммутации

Коммутаторы обычно работают на канальном уровне модели OSI. Они анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче на основе МАС - адресов, и передают кадры пунктам назначения. Основное преимущество коммутаторов – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Т.к. коммутатор функционирует на 2-м уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI.

Коммутация 2-го уровня – аппаратная. Передача кадра в коммутаторе обрабатывается специализированным контроллером, называемым Application-Specific Integrated Circuits (ASIC). Эта технология, разработанная для коммутаторов, позволяет поддерживать гигабитные скорости с небольшой задержкой.

Существую 2 основные причины использования коммутаторов 2-го уровня – сегментация сети и объединение рабочих групп. Высокая производительность коммутаторов позволяет разработчикам сетей значительно уменьшить количество узлов в физическом сегменте. Деление крупной сети на логические сегменты повышает производительность сети (за счет разгрузки сегментов), а также гибкость построения сети, увеличивая степень защиты данных, и облегчает управление сетью.

Несмотря на преимущества коммутации 2-го уровня, она все же имеет некоторые ограничения. Наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность.

Таким образом, очевидно, что сети необходима функциональность 3-го уровня OSI модели.

Коммутация 3-го уровня – это аппаратная маршрутизация, где передача пакетов обрабатывается контроллерами ASICs. В отличие от коммутаторов 2-го уровня, коммутаторы 3-го уровня принимают решения на основе информации сетевого уровня, а не на основе МАС - адресов. Основная цель коммутации 3-го уровня – получить скорость коммутации 2-го уровня и масштабируемость маршрутизации. Обработку пакетов коммутатор 3-го уровня выполняет таким же образом, как и у маршрутизатор:

· на основе информации 3-го уровня (сетевых адресов) определяет путь к месту назначения пакета

· проверяет целостность заголовка 3-го уровня, вычисляя контрольную сумму

· проверяет время жизни пакета

· обрабатывает и отвечает на любую дополнительную информацию

· обновляет статистику в Информационной базе управления (Management Information Base -MIB)

· обеспечивает управление безопасностью (если необходимо)

· обеспечивает необходимое качество сервиса (QoS) для мультимедийных приложений чувствительных к задержкам передачи

Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в основе коммутации 3-го уровня лежит аппаратная реализация. В маршрутизаторах общего назначения коммутация пакетов обычно выполняется программным образом. Т.к. коммутаторы 3-го уровня обычно быстрее и дешевле маршрутизаторов, то их использование в локальных сетях очень привлекательно.

В качестве примеров коммутаторов 3-го уровня можно привести D-Link DES-3326S и DES-3326SR, DES-3350SR.

Коммутация 4-го уровня основывается на аппаратной маршрутизации сетевого уровня, которая отвечает за управляющую информацию 4-го уровня. Информация в заголовках пакета обычно включает адресацию сетевого уровня, тип протокола 3-го уровня, время жизни (TTL) и контрольную сумму. В пакете также содержится информация о протоколах верхних уровней, такая как тип протокола и номер порта.

Простое определение коммутации 4-го уровня – это возможность принимать решение о передаче пакета, основываясь не только на МАС или IP адресах, но и на параметрах 4-го уровня, таких как номер порта.

Маршрутизаторы умеют управлять трафиком, основываясь на информации транспортного уровня. Одним из методов является создание расширенных списков доступа (extended access lists).

Когда коммутаторы выполняют функции 4-го уровня, они читают поля TCP и UDP внутри заголовка и определяют, какой тип информации передается в этом пакете. Администратор сети может запрограммировать коммутатор обрабатывать трафик в соответствии с приоритетом приложений. Эта функция позволяет определить качество сервиса для конечных пользователей. Когда задано качество сервиса, коммутация 4-го уровня будет выделять, например, трафику видеоконференции, большую полосу пропускания по сравнению, например, с почтовым сообщением или пакетом FTP.

Коммутация 4-го уровня необходима, если выбранная политика предполагает разделение управления трафиком по приложениям или требуется учет количества трафика, вырабатываемого каждым приложением. Однако следует заметить, что коммутаторам, выполняющим коммутацию 4-го уровня, требуется возможность определять и хранить большое число таблиц коммутации, особенно если коммутатор используется внутри ядра корпоративной сети.

2.3 Продукты компании D-Link

Уровень доступа является ближайшим к пользователю уровнем и предоставляет ему доступ к ресурсам сети. Размещенные на этом уровне коммутаторы должны поддерживать подключение отдельных компьютеров к объединенной сети.

Коммутаторы уровня доступа D-Link представлены следующими моделями:

DES-1010G/1026G – неуправляемые коммутаторы, которые обеспечивают каналы связи скоростью 10/100Мбит/с и возможность подключения до 26 пользователей для сетей малых и средних офисов.

DGS-1005D/08D/16T/24T – неуправляемые коммутаторы, которые обеспечивают гигабитные каналы связи для высокоскоростного подключения серверов и рабочих станций.

DES-12xxR и DGS-12xxT – настраиваемые коммутаторы, которые обеспечивают коммутируемые каналы 10/100 Мбит/с и 10/100/1000Мбит/с и поддерживающие до 24 пользователей и 2 порта Gigabit Ethernet для серверов.

DES-3226/3226L/3226S/DHS-3226 – управляемые коммутаторы, предоставляющие возможность подключения до 144 пользователей с помощью 10/100 Мбит/с каналов связи и 6 серверов через порты Gigabit Ethernet.