Модели и структуры информационных сетей Надежность и безопасность

Локальные и глобальные сети

Система управления базой данных (БД). Система управления БД (СУБД) - database management system - комплекс языков программ, позволяющих создавать БД и управлять ею. Функциональные возможности СУБД. Реляционные системы управления БД. Гибридные системы управления БД. Типы СУБД. СУБД - модель представления данных. СУБД типа "клиент-сервер" - распределенная БД. Система управления БД DBASE - dBase database management system корпорации Borland International. Система управления БД ORACLE - oracle database management system корпорации Oracle.

Система основных транспортных протоколов Internet

Рассмотрим систему основных протоколов глобальных сетей немного подробнее. Говорю немного, т.к. на самом деле, их детальное описание занимает не одну тысячу страниц текста с описанием стандартов, иллюстрациями и фрагментами программного кода на всех известных алгоритмических языках. Мы ограничимся лишь некоторым поверхностным терминологическим ознакомлением.

Все протоколы глобальных сетей предназначены для организации обмена информацией и функционирования определенного рода сервисных возможностей. Многие из них были созданы, непосредственно, для организации строго определенной сервисной информационной системы, другие – для предоставления более глобальных возможностей всей системе протоколов или сети в целом. В общем случае различат транспортные протоколы, основным назначением которых является доставка пакетов; протоколы маршрутизации и межсетевого взаимодействия и сервисные протоколы или протоколы высокого уровня, при помощи которых осуществляется реализация и взаимодействие определенных сервисных систем, используемые пользователями в прикладных задачах.

Все протоколы операционных систем обслуживаются своими драйверами и/или демон-процессами, осуществляющими постоянный мониторинг или активирующимися при наступлении определенного события, либо при получении сообщения заданного вида. Кроме того, транспортные протоколы организуют структуру, называемую стеком протокола, которая предназначена для мультиплексной обработки нескольких пакетов в многозадачной и многопользовательской сетевой среде. При этом все сервисные протоколы и протоколы маршрутизации работают на основе транспортных протоколов, т.к. для осуществления их функций необходимо нормальное прохождение пакетов, обеспечиваемое транспортными протоколами. Поэтому, кроме стека конкретного протокола, в многозадачных системах существует еще одна структура, называемая стеком протоколов. Стек протоколов строится конкретным приложением, осуществляющим определенные сервисные действия. Однако, многие операционные системы реализуют комплексные библиотеки сетевого взаимодействия, поддерживающие сразу несколько протоколов и организующие их стеки.

Основу транспортных протоколов для топологии Ethernet составляют протоколы TCP и UDP, а для физического подключения по коммутируемым и выделенным телефонным линиям – SLIP, CSLIP и PPP. Одним из основных протоколов маршрутизации является RIP. Сервисных протоколов достаточно много, т.к. они соответствуют каждому сервису, поэтому их уместнее рассматривать совместно с их сервисом.

Протокол UDP (User Datagram Protocol)

Протокол UDP является одним из основных транспортных протоколов. Он работает непосредственно с IP-пакетами и осуществляет их мультиплексирование между различными программами и процессами. Основным понятием данного протокола, добавляемым им к IP является порт назначения пакета. Порт представляет собой некий канал, посредством которого происходит обмен информацией. Работа с таким каналом осуществляется по типу именованных каналов, т.е. сколько сообщений с одной стороны в канал записано, столько с другой стороны будет считано. Такая схема идеально подходит для организации архитектуры приложений по типу клиент-сервер. При этом, сервер осуществляет мультиплексную обработку для каждого клиента одного и того же порта. Как и большинство других транспортных протоколов межсетевого взаимодействия, протокол UDP осуществляет инкапсуляцию IP-пакетов. Он добавляет к стандартным IP-пакетам заголовок, содержащий, кроме прочей информации, номер порта. При работе по данному протоколу IP-пакеты первичного сообщения не разбиваются и не объединяются. Обмен осуществляется с постоянным контролем поступления блоков данных (датаграмм) в канал со стороны сервера и клиента и, если скорость их поступления больше скорости чтения из порта, то некоторые данные могут быть потеряны. Поэтому, протокол UDP называют протоколом с ненадежной доставкой пакетов, вся ответственность за синхронизацию и обработку канала в котором ложится на приложения, осуществляющие взаимодействие. По протоколу UDP работают такие известные системы как NFS (Network File System) – распределенная сетевая файловая система, TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – простой протокол передачи файлов, RPC (Remote Procedure Call) – протокол удаленного выполнения команд и SNMP (Simple Network Management Protocol) – протокол удаленного управления сетью. Однако, основным применением данного транспортного протокола является организация высокоуровневых протоколов локальных сетей.

Протокол IP

Межсетевой протокол IP является базовым протоколом межсетевого взаимодействия при помощи которого осуществляется обмен информацией в глобальной сети. В обычной локальной сети протокол IP по возможностям, практически, не отличается от семейства протоколов топологии Ethernet, но в глобальной сети с наличием шлюзов он становится объединяющим и интегрирующим протоколом через который осуществляется как прямая (в рамках одной корпоративной локальной сети), так и косвенная (опосредованная через шлюзы других сетей) маршрутизация пакетов. Протокол стандартизирует такие параметры межсетевого взаимодействия как формат IP-адреса, пакета и способ маршрутизации. Протокол IP добавляет к пакету свой заголовок, который, среди прочих параметров содержит адрес отправителя и получателя, параметры передачи и уникальную контрольную сумму. Таким образом пересылаемые данные инкапсулируются в новом формате, с сохранением первичной структуры сообщения. При необходимости происходит дробление сообщения на части. Как будет видно дальше, такой подход применяется практически во всех транспортных протоколах глобальных сетей для оформления новых пакетов.

Основным свойством IP является наличие таблицы соответствия адресов имен и физических интерфейсов сети или таблицы маршрутов, согласно которой осуществляется доставка пакетов по назначению. Таблицы маршрутов глобальных сетей являются динамическими системами, требующими постоянного обновления и слежения за ними, поэтому для этих целей существуют специальные протоколы и сервисы. Одним из таких протоколов является RIP, а сервисом – DNS. Протокол IP является основным межсетевым транспортным протоколом, обеспечивающим функционирование Internet как единой сети сетей.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol)

Данный протокол тоже является транспортным протоколом и предназначен для доставки пакетов, называемых сегментами. Он применяется в случаях необходимости гарантированной доставки пакета. Здесь, по сравнению с IP несколько улучшены механизмы контроля целостности, подтверждения и работы в т.н. окнах – состояниях системы, при которых пакеты уже отправлены, а подтверждения доставки еще не получены. В основу данного протокола положены аналогичные UDP принципы. Он также работает посредством портов, однако, режим использования каналов портов полнодуплексный – т.е. возможно одновременное чтение и запись в порт. А все данные разбиваются на пакеты и создается поток пакетов, который на другом конце соединения собирается вновь в единую структуру. Все отправления пакетов подтверждаются при их приеме, а в случае потери осуществляется повторная передача. При этом, может случиться так, что пакеты с младшим номером будут следовать после пакетов со старшими номерами, однако, повреждения структуры данных не происходит, т.к. сборка осуществляется только после завершения передачи последнего пакета. Поэтому, протокол TCP называют протоколом с надежной доставкой и используют в таких сервисных системах и протоколах и сервисах как FTP (File Transfer Protocol) – передача файлов и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – электронная почта, TELNET (удаленный терминал) и X-Windows (графический терминал) и др.

Протокол RIP (Routing Information Protocol)

Данный протокол предназначен исключительно для управления таблицей маршрутов. Его спецификация определяет то, как и когда будет обновляться таблица маршрутов. Необходимая для этого информация рассылается шлюзами автоматически. При этом шлюзы и просто маршрутеризаторы, по характеру отношения к таблице маршрутов, делятся на две категории – пассивные и активные. Пассивные лишь принимают таблицы маршрутов для обновления собственных, а активные – рассылают по сети собственные таблицы маршрутов. Определение наиболее выгодного маршрута, по данному протоколу, происходит достаточно просто: основным положением является допущение о том, что чем больше узлов в сети на своем пути должен пройти пакет, тем медленнее общая скорость его доставки. Такое допущение верно только в сетях с однородной средой передачи, т.к. в случае сравнения скорости маршрутов с оптоволоконной средой и, например 5-ю шлюзами (5 прыжков на пути пакета (hops) между шлюзами) и маршрута с одним шлюзом, но с коммутируемым телефонным соединением, очевидно, скоростное преимущество первого, несмотря на большее число прыжков пакета.

Протокол ARP (Adress Resolution Protocol)

В локальных сетях, построенных, например, по топологии Ethernet и имеющих подключение к Internet-шлюзу любой сетевой интерфейс имеет физический Ethernet-адрес, действующий в рамках локальной сети, а компьютер – IP-адрес, действующий в глобальной сети. При замене интерфейса (сетевой карты) или перемещении машины в другую подсеть, может возникнуть проблема со старой адресацией данной машины, приводящая к ее потере в сети. Для устранения данных проблем разработан внутри-сетевой протокол преобразования IP-адресов в сетевые для данной топологии – протокол ARP. Такое преобразование производится на основе ARP-таблиц, описывающих соответствие адресов интерфейсов и IP для каждого интерфейса каждого компьютера. Протокол выполняет две основные функции – определение физического адреса пакета и ответ на ARP-запрос других компьютеров в локальной сети. ARP-таблицы автоматически динамически изменяются с течением времени или корректируются администраторами локальной сети вручную.

Протокол RARP (Reverse Adress Resolution Protocol)

При стандартной конфигурации серверов и локальных машин, обычно, IP-адреса компьютеров хранятся на локальных носителях и считываются в память во время загрузки систем. В случае, когда необходимо инициализировать сетевую среду для машины, не имеющей своего локального дискового накопителя, или удаленно настроить активный сетевой элемент типа маршрутеризатора или хаба, возникает проблема определения или выделения IP-адреса. Имеется два принципиальных решения данной проблемы – записывать IP-адреса в ПЗУ сетевой карты и определять их динамически. Первый способ ранее был достаточно популярен, однако, он слабо пригоден в случае, когда машины постоянно перемещаются в рамках одной или нескольких локальных сетей или меняются параметры сетей (ведь, перепрошивка даже Flash ПЗУ сетевых карт неудобная и трудоемкая операция, которую необходимо производить вручную для каждой машины). Протокол RARP построен на принципиальных основах архитектуры клиент-сервер и предполагает наличие в подсети хотя бы одного RARP-сервера, который отвечает на запросы клиентов, желающих получить IP-адрес, и по аппаратному адресу сетевого интерфейса определяет соответствующий IP-адрес.

Данный протокол может также быть использован и для удаленной загрузки операционной системы или маршрутизатора в локальной сети.
Протокол BOOTP (BOOT strap Protocol)

Мы уже отмечали ранее, что не все сетевые компоненты (компьютеры, маршрутеризаторы, хабы и т.п.) имеют собственные локальные накопители информации, однако, каким-то образом, в них должна быть загружена операционная система или просто информация, необходимая для их нормального функционирования. Для решения данной проблемы необходим универсальный протокол, позволяющий отвечать на широковещательные запросы еще "пустых" сетевых устройств, не имеющих ни собственных IP-адресов, ни операционной системы, а только БСВВ сетевого интерфейса в которой записана специальная стартовая программа, выдающая в сетевую среду запрос на загрузку.

Основные сервисы сетевой среды Internet Все сервисы также можно разделить на транспортно-маршрутизационные, поисковые и информационные. Основным назначением транспортно-маршрутизационных сервисных протоколов и соответствующих сервисов является облегчение функционирования систем маршрутизации и доставки на базе основных транспортных протоколов, а также, придания сетевым соединениям более высокой гибкости и конфигурируемости. Сервисы и их протоколы объединяют в единое целое информационные ресурсы Internet и способы работы с ними.

Сервисы прикладного назначения Протоколы и сервисы электронной почты (POP, UUCP, SMTP)
Если DNS и DHCP были сервисами системного назначения и используются для систем маршрутизации и доставки пакетов (т.е. обычный пользователь на локальной машине никогда не сталкивается с сервисами такого рода прямо), то электронная почта является, прежде всего, пользовательской системой, ориентированных на обмен информацией между людьми, хотя она успешно используется и для автоматического обмена данными между удаленными компьютерами и для некоторых вариантов специального почтового обмена, таких например, как "новости" – "news".

Почтовые сообщения, пересылаемые от сервера к серверу имеют достаточно разнообразный вид и внутреннюю структуру, однако все они обычно попадают в рамки стандарта RFC-822 для сети Internet. Во время передачи или приема почтовое сообщение состоит из трех частей – оболочки, заголовка и тела. Пользователь, обычно, может видеть только заголовок и тело. Заголовок находится перед телом сообщения и должен быть отделен от него хотя бы одной пустой строкой (символ с кодом 10 или пара символов с кодами 13 и 10).

Протокол и сервис удаленного доступа Telnet Аналогично FTP, Telnet, тоже, когда-то была всего лишь командой OC UNIX, однако, в виду ее популярности и удобства, она распространилась в виде отдельного приложения на все существующие сетевые ОС и представляет сервисную систему имеющую свой прикладной протокол. Изначально, команда использовалась для удаленного входа в систему и позволяла описать сетевое взаимодействие, пригодное для организации текстового терминала, без привязки к конкретным его параметрам, таким как кодовые раскладки и таблицы символов, а также перечня команд.

Протоколы и сервисы поисковых систем, каталогов и телеконференций (Gopher, WAIS, ListServ, WHOIS, TRIKLE, UseNet, IRC) Система Gopher является распределенной системой каталогизации документов, представляющая пользователю документы распределенные по сети в виде единой файловой системы. До 1995 года темпы роста пространства сети Gopher Space были выше таковых в системе WWW, однако, предлагая довольно универсальные и удобные механизмы для иерархического представления информации в виде файловой системы в Gopher напрочь отсутствуют механизмы интерактивной визуализации (подобные таковым в WWW). Нужно ли говорить, что система организована по архитектуре клиент-сервер, причем восстановление и разрыв соединения происходит перед и после каждого запроса.

Главным требованием, предъявляемым к информационным системам, является выполнение системой ее основных функций — обеспечение пользователям доступа к распределенным ресурсам системы. Все остальные требования связаны с качеством выполнения этой основной задачи. Хотя все эти требования весьма важны, часто понятие «качество обслуживания» (Quality of Service, QpS) компьютерной сети трактуется более узко — в него включаются только две самые важные характеристики сети — производительность и надежность. Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существуют два подхода к его обеспечению.

Классы СУБД. Два класса СУБД - системы общего назначения и специализированные системы. Понятие СУБД общего назначения. Понятие СУБД специализированных. Основные характеристики некоторых СУБД. Производительность СУБД: время выполнения запроса, скорость потока информации, время выполнения операций, скорость создания индексов, максимальное число обращений к данным, время генерации отчета. Два фактора, влияющие на производительность СУБД.
Методы маршрутизации информационных потоков