АПиИС

Основные понятия

Информационно вычислительная система (ИВС) – это комплекс программных и аппаратных средств для обеспечения автоматизации производства и других сфер жизнедеятельности человека, включающих в качестве составных частей серверное и сетеобразующее оборудование.

Пользователь ИВС – это физическое лицо, которое имеет доступ к определенным ресурсам ИВС. Оно идентифицируется учетной записью пользователя.

Администратор ИВС также является пользователем ИВС, в общем случае обладая неограниченным доступом ко всем ресурсам.

Администратор ИВС – это должностное лицо, ответственное за работоспособность и надлежащее функционирование всех частей ИВС. У администратора большой ИВС в подчинении могу находиться администраторы частей и подсистем ИВС.

Администратор подсистемы ИВС отвечает за работоспособность и надлежащее функционирование вверенных ему компонентов этой подсистемы.

Бюджет или учетная запись пользователя – это запись в специализированно БД, содержащая иформацию о пользователе ИВС. Она используется для идентификации пользователя в системе, проверки полномочий пользователя и обеспечения доступа пользователя к ресурсам системы. Характериуется атрибутами. Например имя для входа, пароль и т.д.

Регистрация пользователя в системе – это создание администратором ИВС или другим

уполномоченным лицом бюджета пользователя для данного физического лица. Аутентификация в системе - это процесс установления подлинности пользователя ИВС.

Заключается в предъявлении пользователем своего имени для входа и пароля, а также проверки системой наличия бюджета в БД бюджетов пользователей и установления соответствия указанного пользователем пароля и пароля хранящегося в БД.

После успешной аутентификации в системе для пользователя на время сеанса работы создается дескриптор безопасности. Он отражает цифровой идентификатор пользователя, а также принадлежность к группам пользователей и другим объектам системы безопасности.

Ресурсы ИВС – это физические и логические объекты, имеющие определенную функциональность, доступную для использования.

Примеры физических ресурсов: сервер сети, каталог совместного использования, сетевой принтер.

Примеры логических ресурсов: пользователь, очередь на печать, профиль в системе. Совместное использование ресурсов представляет собой использование ресурса двумя или

более пользователями ИВС. Права доступа к ресурсу – это степень свободы действий пользователя, т.е. просмотр, использование и владение по отношению к данному ресурсу.

Администратор ИВС имеет полные права на все ресурсы. Права доступа напрямую связаны с ответственность пользователя, которую он несет, пользуясь этими правами.

Назначение прав доступа к ресурсам – это процедура создания в системе специальной записи, с помощью которой учетной записи пользователя присваиваются определенные права доступа к ресурсу.

Назначение прав доступа в современных ИВС осуществляется через списки управления доступом.

Аудит – это процесс контроля использования ресурса, включающий возможность ведения журнала попыток доступа к ресурсам. Журнал аудита ведется на основе данных, поступающих от процедур авторизации.

Список управления доступом хранит информацию о том, кто обладает правами на ресурс, и каковы эти права.

Авторизация – это процесс установления соответствия запрошенных прав доступа к ресурсу и фактических прав пользователя на ресурс и формирования управляемой реакции: разрешить или отвергнуть доступ пользователя к ресурсу.

Функции администратора ИВС:

1.Управление учетными записями пользователей. Включает регистрацию пользователей, контроль использования учетных записей, блокирование временно не использующихся записей и удаление учетных записей

2.Управление доступом к ресурсам. Включает в себя создание логических и регистрацию физических ресурсов ИВС. Обеспечивает управляемый доступ к ресурсам с помощью списков управления доступом.

3.Обеспечение сохранности, секретности и актуальности данных. Включает в себя создание и поддержание нужного количества резервных копий. При необходимости восстановление данных. Защиту данных от несанкционированного доступа и своевременное обновление данных.

4.Установка и сопровождение программного и аппаратного обеспечения. Включает в себя установка ОС на серверах и рабочих станциях. Установку серверного и клиентского ПО. Установка дополнительного аппаратного обеспечения. Настройку и контроль работоспособности программного и аппаратного обеспечения.

Золотые правила администратора

1.Никогда не проводи экспериментов на работающей системе. Если это все-таки необходимо, сначала сделай полный бэкап. Никогда не менять конфигурацию сервера, предварительно не сделав полный бэкап.

2.Всегда документируй свои действия в соответствующем журнале. Если это возможно, пользуйся встроенными в ОС средствами аудита и журналирования.

3.Если можно переложить часть работы на подчиненного – сделай это. Но, если ты не уверен, что подчиненный справится с заданием должным образом – сделай это сам.

4.Всегда соотноси права с мерой ответственности, связанной с этими правами. Т.е. пользователь, имеющий больше прав, берет на себя больше ответственности. Администратор должен обладать полными правами на вверенную систему.

5.При работе с ресурсами ИСВ в качестве пользователя используй учетную запись с обычными правами доступа.

6.Регулярно меняй пароль учетной записи администратора, но не полагайся на свою память. Записывай пароль на бумаге и храни в месте с ограниченным доступом посторонних лиц.

Составные части ИВС

Аппаратное обеспечение

Аппаратное обеспечение является основной ИВС и определяет вычислительную мощность ИВС в целом. Все аппаратное обеспечение можно разделить на:

Вычислительные установки

Кабельное, каналообразующее оборудование

Периферийное и дополнительное оборудование

Вычислительные установки (ВУ) служат для выполнения основных вычислительных задач, т.е. задач по хранению и обработке информации. ВУ делятся на 2 большие группы:

Серверы

Рабочие станции

Сервер – это ВУ которая служит в основном для совместного использования иго информационно-вычислительных ресурсов, к которым относятся:

Процессор или процессоры

Оперативная и внешняя память Основные требования к современному серверу:

Масштабируемость, т.е. возможность наращивания мощности ВУ для пропорционального увеличения скорости и плотности обработки запросов, а также объемов хранимой информации

Отказоустойчивость – это возможность системы полностью восстанавливать свою работоспособность при аппаратных сбоях и высокая доступность, т.е. возможность системы проболжать обслуживание запросов при аппаратных сбоях. Обеспечивается дублирование основных аппаратных компонентов, чаще всего выходящих из строя, а также избыточностью хранящейся информации

Управляемость – возможность удаленного управления и сбора сведений о работе подсистем сервера. Обеспечивается специальными программно-аппаратными

комплексами Для обеспечения отказоустойчивость и высокой доступности в современных серверах

используются следующие технологии и компоненты:

1.Горячая замена компонентов – позволяет менять компоненты аппаратного обеспечения, не отключая электропитания от ВУ. Есть решения для жестких дисков, источников питания, вентиляторов и плат расширения

2.Оперативная память с хранением избыточной информации

3.Память с паритетом – обеспечивает обнаружение однократных ошибок памяти

4.ECC-память – обеспечивается исправление однократных ошибок и обнаруживает двукратные ошибки в памяти

5.Массивы независимых резервных дисков (RAID-массивы) – применяются в серверах для обеспечения отказоустойчивости внешней памяти

Существует много видов RAID –массивов. Существует классификация RAID по способу испольнения:

Аппаратный RAID

Программный RAID

Уаппаратного есть две реализации:

В виде хост-адаптера. Вместо SCSI-адаптера шина со SCSI-дисками подключается к RAIDадаптеру.

SCSI-to-SCSI. Такой RAID является обычным SCSI-устройством с точки зрения SCSI-адаптера,

и при этом можно организовать более емкую внешнюю память, котороая будет отказоустойчивой.

Также существует классификация RAID по принципу функционирования:

RAID0 – разделение данных

RAID1 – зеркалирование данных

RAID4 – разделение данных с избыточностью с выделенным диском четности

RAID5 – разделение данных с избыточностью с равноправными дисками, т.е. информация

о четности как бы рамыта по дискам.

Отличительными преимущетсвами отказоустойчивой системы является:

Высокая безотказность

Бесперебойность работы

Более продолжительный жизненный цикл эксплуатации

Такие системы помимо преимуществ имеют ряд специфических характеристик:

Техническая сложность

Высокая стоимость развертывания

Повышенное энергопотребление

На сегодняшний день не существует системы , гарантирующей 100% отказоустойчивость. Поскольку от работы сервера зависит работа многих других компьютеров и людей, то к их надежности предъявляют особые требования.

В серверах используют комплектующие самого высокого качества. В процессе их изготовления проводится неоднократное и тщательное тестирование работоспособности.

Кроме того применятся еще множество специальных технологий, повышающих надежность работы.

Технологии обеспечения отказоустойчивости:

1.Резервные источники питания и вентиляторы. ИБП – это автоматическое устройство, которое позволяет подключенному оборудованию некоторое время работать от аккумуляторов ИБП. В случае пропадания электрического тока или выходе его параметров за допустимые нормы. Кроме того, ИБП может корректировать параметры электропитания.

Типы ИБП:

Резервные – используются для питания ПК или рабочих станций в локальных сетях. Практически все недорогие маломощные ИБП построены по резервной схеме. При выходе электропитания за нормированные значения напряжения или его отсутствия происходит автоматическое подключение нагрузки к питанию аккумулятора. При появлении нормированного напряжения снова переключается нагрузка на питание от сети. Недостатком данного вида ИБП является относительно долгое время переключения на питание от батареи. Практически 99% бесшумны и с минимальным тепловыделением. Не могут корректировать ни напряжение, ни частоту.

Линейно-интерактивные. Практически то же самое, но кроме того на входе присутствует ступенчатый стабилизатор напряжения, позволяющий получать регулируемое выходное напряжение. Время переключения меньше, но и КПД ниже.

Онлайн – используются для питания любых устройств, предъявляющих повышенные требования к качеству сетевого электропитания. Принцип работы состоит в двойном преобразовании рода тока. Сначала входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное напряжение. Время переключения равно нулю. ИБП имеют невысокий КПД (8094%). Отличаются повышенным тепловыделением и уровнем шума. Способны корректировать на только напряжение, но и частоту.

2.Технология диагностики и предупреждения сбоев. Технология SMART. Эта технология оценки состояния жесткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя. Технология в принципе не решает возникающих проблем. Она способна лишь предупредить о уже возникшей проблеме, либо об ожидающихся проблемах в будущем. Технология не в состоянии предсказать

абсолютно все проблемы. Предсказуемы лишь те из них, которые связаны с постепенным ухудшением каких-либо характеристик. SMART производить наблюдение за основными характеристиками накопителя, каждая из которых получает оценку. Характеристики можно разбить на 2 группы:

Параметры, отражающие процесс естественного старения жесткого диска

Текущие параметры накопителя

Технология SMART позволяет проводить мониторинг параметров состояния, сканировать поверхность и сканировать поверхность с автоматической заменой секторов на надежные.

3.Технология RAID

RAID – это матрица из нескольких дисков, управляемых контроллером, связанных между собой и воспринимаемых как единое целое. В зависимости от типа используемого массива может обеспечиваться различная степень отказоустойчивости и быстродействия. Служит для повышения надежности хранения данных и для повышения скорости чтения и записи информации. В настоящее время существуют уровни RAID:

RAID0 – дисковый массив без избыточного хранения данных. Информация разбивается на блоки, которая одновременно записывается на отдельные диски.

Это обеспечивает повышение производительности. Этот способ хранения

ненадежен. Поломка одного диска приводит к потере всей информации. Уровнем RAID как таковым не является.

RAID1 – дисковый массив с дублированием данных. В простейшем случае два накопителя содержат одинаковую информацию и являются одним логическим диском. При выходе из строя одного диска, его функции выполняет другой. Для реализации массива требуется не меньше двух винчестеров. Достоинство – поддержание постоянной доступности. Недостаток – стоимость двух винчестеров.

RAID2 – отказоустойчивый дисковый массив с использованием кода Хэмминга. В массивах такого типа диски делятся на 2 группы: группа для данных и группа для кодов коррекции ошибок. Данных записываются на соответствующие винчестеры, также как и в RAID0. Они разбиваются на небольшие блоки по числу дисков, предназначенных для хранения данных. Оставшиеся диски хранят коды коррекции ошибок. В случае выхода из строя винчестера по этим кодам возможно восстановление информации. Метод Хэмминга позволяет на лету исправлять однократные и обнаруживать двукратные ошибки. Эта схема не получила коммерческого применения, так как плохо справляется с большим количеством запросов и требует почти двойного количества дисков.

RAID3 – отказоустойчивый массив с параллельным вводом-выводом данных и диском контроля четности. Поток данных разбивается на порции на уровне байт и записывается одновременно на все диски массива кроме одного. Один диск предназначен для хранения контрольных сумм, вычисляемых при записи данных. Поломка любого из дисков не приводит к потере информации.

RAID4 – отказоустойчивый массивы независимых дисков с общим диском четности. Уровень похож на уровень RAID3.Поток данных разделяется не на уровне байтов, а на уровне блоков информации, каждый из которых записывается на отдельный диск. После записи группы блоков вычисляется контрольная сумма и записывается на выделенный диск.

RAID5 – отказоустойчивый массив независимых дисков с распределенной четностью. Смай распространенный уровень. Блок данных и контрольные суммы циклически записываются на все диски массива. Не отдельного диска для хранения информации о четности. Все диски массива имеют одинаковый размер, но один из них для ОС виден. Отсюда минимально количество дисков – 3.

RAID6 – отказоустойчивый массив независимых дисков с думая независимыми распределенными схемами четности. Похож на RAID5, но в нем используется не одна, а две независимые схемы контроля четности. Это позволяет сохранить работоспособность системы даже при одновременном выходе из строя двух накопителей. Для вычисления контрольных сумм используется алгоритм, построенный на основе кода Рида-Соломона.

RAID7 – отказоустойчивый массив оптимизированный для повышения производительности. В отличие от других уровней не является открытым индустриальным стандартом. Массив основывается на концепции, используемой в 3 и 4 уровнях. Есть кэширование данных. В состав RAID7 входит контроллер со встроенным микропроцессором под управлением ОС реального времени. Она позволяет обрабатывать все запросы на передачу данных асинхронно и

независимо. Сам массив обязательно требует ИБП. В случае перебоев с

электропитанием происходит повреждение данных.

4.Самотестирование оборудования и исправление ошибок. Многие серверы оснащаются системами самотестирования памяти при загрузке. Во время самотестирования система может выявлять и отключать дефектные блоки памяти. Кроме того разработаны средства обнаружения и исправления ошибок памяти, позволяющие улучшить целостность данных

воперативной памяти сервера. Фактически представляет собой улучшенный вариант системы контроля четности. Физически реализуется в виде дополнительных восьми разрядных микросхем памяти, установленных рядом с основными модулями.

5.Технология «горячей замены». Горячая замена – это замена оборудования в компьютерной системе во время работы без выключения питания и без остановок. Оборудование делится по этому принципу на допускающее горячую замену и не допускающее. Компьютеры, рассчитанные на горячую замену должны тем или иным способом определять, отсоединено устройство или нет, а также содержать электрические цепи, не чувствительные к скачкам напряжения при подключении и отключении. Кроме того, программная часть должна быть рассчитана на внезапную потерю связи с устройством. Некоторые схемы горячей замены предварительно требуют выполнения команды на отсоединение. Это упрощает их конструкцию, однако угрожает целостности данных, в случае если устройство не будет отсоединено правильным способом или в нем возникнет ошибка.

6.Создание резервных копий данных. Резервное копирование – это процесс создания копии данных на носителе, предназначенном для восстановления данных в оригинальном месте их расположения в случае их повреждения или разрушения. Резервное копирование необходимо для возможности быстрого и недорогого восстановления данных.

7.Кластеризация сети. Кластер – это совокупность серверов, систем хранения данных и сетевых устройств, которые действуют как одна система, представляются пользователям как одна система и управляются как одна система. Кластерные серверы соединяются с помощью кабелей и подключатся друг к другу посредством программного обеспечения.

При сбое на одном из узлов кластера его функции передаются другому узлу. Пользователи при этом не испытывают каких либо серьезных нарушений в работе. Добавление третьего узла в кластер доводит время безотказной работы до 99.99% или 55 минут потенциального простоя в год. Но ряд ОС позволяет строить только двух-узловые кластеры. Кластерные технологии позволяют свести к минимуму вынужденные простои. В этом случае ресурсы одного из узлов переводятся на другие узлы. Также без остановки всей системы в кластер могут вводиться дополнительные узлы.

Кабельное оборудование

Кабельное оборудование представляет собой физическую среду, которая связывает воедино разрозненные ВУ и другое оборудование ИВС. Кабельное оборудование представлено кабелями различных типов и специальными розетками и вилками для подключения кабелей друг к другу и сетевому оборудованию.

Распространение получили следующие типы кабелей:

Коаксиальный кабель – представляет собой изолированную медную жилу, помещенную в медную оплетку, покрытую изоляционной оболочкой. Достоинства – простота и дешевизна. Используется для построения сети по технологии «шина». Недостатки – наружная оплетка должна быть хорошо заземлена. Разрыв любой части приводит к выводу из строя всего сегмента сети.

Кабель на основе витых пар – представляет собой изолированные медные провода, попарно скрученные и заключенные в гибкую оболочку. Существуют неизолированный и изолированный варианты. Характеризуются так называемой «категорией». С кабелем данного типа используются вилки и розетки стандарта RJ-45. Используется для построения сети по типу «звезда».

Оптоволоконный кабель – представляет собой стеклянную жилу (световод) заключенную в гибкую оболочку. Используется по построения сети по топологии «точка-точка». Применяется для построения магистралей, и также для подключения серверов. Существует две разновидности этого кабеля:

o Многомодовый – допускается передача нескольких пусков света по одному световоду. Дальность связи – до двух километров.

o Одномодовый – возможна передача только одного пуска света. Дальность связи – до 80 км.

Сетевое оборудование

Сетевое оборудование – это оборудование для сопряжения кабельной системы ИВС с вычислительными установками, а также различных частей кабельной системы. К нему относятся каналообразующее и сетеобразующее оборудование.

Каналообразующее обеспечивает функции анального уровня для организации сети, а сетеобразующее – функции и канального и сетевого уровня.

Сетевое оборудование делится на две группы:

Оконечное оборудование – служит для подключения отдельно стоящей ВУ к ИВС. Сюда относятся: сетевые платы и модемы. Служит для обеспечения подключения ВУ к сети.

Коммутационное оборудование – концентраторы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Служат для связи частей кабельной системы в единую сетевую инфраструктуру.

Коммутационное оборудование

1.Концентратор служит для:

Регенерации принимаемых пакетов

Отсеивание искаженных кадров

Согласование сегмента сети с использование разных типов кабелей

Автоматического разветвления зацикливаний в сегменте путем отключения портов

Разделение на домены коллизий узлов в сети

Концентраторы различаются по типу поддерживаемых технологий передачи данных, а также характеризуются количеством имеющихся портов.

Концентраторы относятся к каналообразующему оборудованию.

2.Мост или коммутатор – служит для:

Обеспечения согласования разных технологий передачи данных. Создания переключаемых каналов между узлами или сегментами сети (только для коммутаторов).

Организации виртуальных ЛВС (только для коммутаторов). Виртуальные ЛВС создаются для защиты портов коммутатора от широковещательных сообщений. Порты одной виртуальной ЛВС не видят порты другой виртуальной ЛВС, при

отсутствии маршрута между ними. Маршрут обеспечивается маршрутизатором. Мосты и коммутаторы также относятся к каналообразующему оборудованию. Суммарный объем трафика не может превысить пропускной способности коммутатора. Проблема потери пакетов коммутатором связана с коллизиями на выходном порту коммутатора. Существует несколько правил решающих проблему потери пакетов:

Для сглаживания трафика на входных портах необходимо использовать буферную память, которая будет сглаживать пики входящего трафика. В насыщенных сетях рекомендуется использовать коммутаторы с настраиваемой буферной памятью (желательно большого объема).

Некоторые коммутаторы могут предупреждать потерю пакетов, включая механизм создания искусственных коллизий на портах, которые создают большую долю трафика (это работает только для сетей Ethernet).

При организации сетей на базе коммутаторов необходимо следить, чтобы выходные порты имели пропускную способность с запасом.

3.Маршрутизатор обеспечивает физическую связь нескольких ЛВС и маршрутизацию пакетов между этими ЛВС, а также поддержку различных технологий и топологий организации сети. Маршрутизаторы относятся к сетеобразующему оборудованию. Возможности большинства современных коммутаторов и маршрутизаторов ограничивается пропускной способностью самой сети. Если для связи аппаратного обеспечения ИВС используются модемы и маршрутизаторы, и компоненты ИВС разнесены в пространстве, то комплекс аппаратных средств ИВС называют глобальной вычислительной сетью. В противном случае – локальной вычислительной сетью.

Периферийное оборудование

Это оборудование, расширяющее функциональные возможности ВУ прежде всего функциями своего ввода-вывода. Оно подключается либо посредством специализированных интерфейсов, либо через сетевое оборудование. К нему относятся: мониторы, клавиатуры, принтеры и т.п.

Дополнительное оборудование – это оборудование, необходимое для более эффективной и надежной работы основного оборудования ИВС. К нему относятся ИБО, анализаторы сет, датчики состояния окружающей среды.

Программное обеспечение

ПО служит посредником между аппаратным обеспечением ИВС и пользователем ИВС при доступе последнего к ресурсам ИВС и выполнении различных информационно-вычислительных задач. Современное ПО можно разделить на некоторые группы, используя определенный критерий для классификации.

Деление ПО по функциональным возможностям:

Серверная операционная система (СОС). Хранится на дисках сервера и выполняется на процессорах сервера, обслуживая другие информационно-вычислительные задачи. В зависимости от производителя и версии обладает различной функциональностью и возможностями.

Клиентская ОС – хранится на дисках рабочей станции или на дисках сервера. Выполняется на процессоре рабочей станции. Обеспечивает пользователю ИВС базовый интерфейс для доступа к ресурсам ИВС. Также может обслуживать дополнительные задачи.

Система управления базами данных. Служит для эффективного ранения и обработки большого объема упорядоченной информации.

Почтовые системы – служат для взаимодействия пользователей ИВС посредством самой ИВС. Фактически это аналог обычной почты, реализованный в электронном виде. Существую более совершенные средства взаимодействия пользователей – система групповой работы. Она позволяет упорядочивать и формализовать обмен сообщениями.

Средство обеспечения взаимодействия с интернетом.

ПО для обеспечения прикладных сервисов, таких как серверы HTTP, FTP, SMTP, POP3. Для получения доступа к прикладным сервисам: браузеры, ftp-клиенты, pop3-клиенты.

ПО работающее на границе ЛВС-ГВС и служащее для обеспечения безопасности корпоративных сетей: брандмауэры, прокси-серверы, шлюзы, туннели.

Средства сетевого и системного управления. Служат для помощи администратору. Позволяют легко выполнять задачи по администрированию, сопровождению и управлению частями и компонентами ИВС.

Прикладное ПО – это ПО, не связанное напрямую с ресурсами ИВС. Служит для решения задач прикладной области. Пример – офисные приложения.

Дополнительное ПО – это ПО, облегчающее и делающее более удобной работы

пользователей ИВС.

Деление ПО на системное и прикладное:

Системное ПО – служит для выполнения задач по обслуживанию ИВС. Прежде всего ее аппаратного обеспечения. К системному ПО относятся: большая часть программных компонентов в составе ОС, а также различное ПО для обслуживания аппаратного обеспечения ИВС.

Прикладное ПО служит для решения информационно-вычислительных задач, решаемых

пользователями ИВС. Сюда относятся: почтовые системы, офисные приложения и т.п. Деление по месту выполнения:

Серверное ПО – выполняется как один и более процессов на ВУ, выполняющей роль сервера.