Глод О.Д.
Архитектура предприятия: учебное пособие

Предыдущая

Оглавление

Следующая

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА

5.1. Основные элементы технологической архитектуры
Вычислительная сеть состоит из абонентских систем и средств коммуникаций [23].
В зависимости от территориального расположения абонентских систем, существует следующее разделение сетей [34]:
– локальные;
– региональные;
– глобальные.
Локальная сеть расположена в пределах одного предприятия, протяженность ее 2-2,5 км.
Классификация компьютерных сетей по их размеру приведена в табл. 3[8].
Таблица 3
Классификация сетей по размеру

Порядок расстояния	Расположение	Класс сети
1 м	Территория возле одного человека	Персональная
10 м	Комната (квартира)	Локальная
100 м	Здание	Локальная
1 км	Район города	Локальная
10 км	Город	Муниципальная
100 км	Страна	Глобальная
1000 км	Континент	Глобальная
10 000 км и более	Планета	Интернет

Практика применения персональных ЭВМ показала, что наибольший экономический эффект от средств вычислительной техники дает применение локальных сетей [43].
Существуют стандартные топологии локальных сетей: общая шина, кольцо, звезда.
Региональная сеть связывает абонентов внутри города, района, региона. Расстояние между абонентами достигает десятки или сотни километров.
Глобальная сеть объединяет абонентов, расположенных по всему миру [39]. Пример – сеть Интернет. В нее входит множество других сетей. При этом между Интернетом и локальной или региональной сетью существует своя структура связи и определено управление. Сеть Интернет не создает иерархии между подключенными к ней компьютерами (сетевая структура).
Самостоятельно подключенные к Интернету компьютеры называются хост - компьютерами [23].
Распределенная обработка данных – обработка данных, которая выполняется на отдельных, но связанных между собой в сеть компьютерах.
Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных [12].
Абонент сети – конечный объект, подключенный к сети, генерирующий или потребляющий информацию в сети. Абонентами сети могут быть ЭВМ, отдельные терминалы, роботы, программируемые станки и т.д. Абонент сети подключается к станции.
Станция – аппаратура для приема и передачи информации.
Абонентская система – это совокупность абонента, станции и физической передающей среды.
Физическая передающая среда – совокупность физических линий связи или передающего пространства для передачи электрических сигналов и аппаратуры передачи данных.
Коммуникационная сеть основывается на базе физической передающей среды.
Таким образом, компонентами сети являются рабочие станции, серверы, передающие среды (кабели) и сетевое оборудование.
Рабочие станции – компьютеры, подключенные к сети, на которых пользователи выполняют прикладные задачи.
Серверы сети – это аппаратно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа. Сервером может быть любой подключенный к сети компьютер, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети. В качестве аппаратной части сервера используются достаточно мощные компьютеры [12].

Классификация компьютерных сетей
Общая классификация сетей приведена на рис. 12 [23].
По технологии передачи данных различают широковещательную передачу и передачу от узла к узлу [33].

Рис. 12. Общая классификация сетей

В технологии широковещательной передачи когда сообщение передается одним из компьютеров в сеть, то его «слышат» все остальные компьютеры сети. Но принимается оно только тем адресатом, кому предназначено, остальные компьютеры его игнорируют.
Передача от узла к узлу, или двухточечная передача, возможна при наличии выделенного канала передачи между двумя компьютерами [33]. Идентификатором адресата является сам канал.
По типу коммутации между узлами различают сети с коммутацией каналов и пакетов [33].
В сети с коммутацией каналов на время передачи данных между двумя узлами сети образуется цепь взаимосвязанных последовательных отрезков пути передачи данных, которая образует канал. Этот канал представляет собой физическое соединение между взаимодействующей парой узлов, которое не может быть использовано в этот момент другими узлами для передачи своих данных. Коммутация каналов может происходить и на логическом уровне, когда для данных, передаваемых между двумя компьютерами в сети с множеством вариантов маршрута, прокладывается один маршрут и на время установления соединения образуется логический (виртуальный) канал с зарезервированной и гарантированной скоростью прохождения данных [33].
В случае сети с коммутацией пакетов логическая единица данных (например, файл), пересылаемая между двумя компьютерами в сети, разделяется на небольшие фрагменты, получившие название пакетов. Между пунктом отправки пакета и пунктом его приема может быть расположено множество узлов. При этом пакеты могут передаваться от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю разными путями. Пакеты, отправленные позже, могут быть приняты раньше. Пакеты, при пересылке которых произошла ошибка, могут быть посланы повторно. Передача заканчивается тем, что на компьютере-получателе накапливаются все пакеты и из них собирается передаваемая логическая единица данных. Пакетная коммутация в современных сетях является доминирующей [33].
По среде передачи данных различают проводные и беспроводные сети [43].
Проводные соединения реализуются с помощью медного провода, кабельного соединения типа «витая пара», коаксиального кабеля и оптоволоконного соединения [43].
Медный провод – самое старое соединение, сегодня к нему происходит возврат на новой технологической ступени.
Кабель «витая пара» содержит перекрученную с определенным шагом пару проводов.
Коаксиальный кабель представляет собой одножильный кабель с экранирующей оплеткой, по которому передается переменный электрический ток высокой (радио) частоты.
Оптоволоконный кабель проводит не электрический ток, а световой луч. В центре кабеля лежит оптоволоконный материал.
Радиочастотные наземные каналы включают в себя каналы наземной мобильной связи, технологии Wi-Fi и Bluеtooth. Данные передаются электромагнитными волнами высокой частоты (миллиметровый диапазон) на небольшое расстояние.
Радиочастотные спутниковые каналы позволяют передавать данные на очень большие расстояния (с континента на континент). Передача идет через искусственные спутники Земли и требует громоздкого оборудования (направленные спутниковые антенны, так называемые «тарелки») [34].
По скорости передачи данных различают сети [23]:

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с);
• среднескоростные (до 100 Мбит/с);
• высокоскоростные (до 1 Гбит/с);
• сверхвысокоскоростные (до 10 Гбит/с).

По иерархической организации различают одноранговые сети и сети с выделенным сервером [43].
В одноранговой сети все компьютеры равноправны, т. е. имеют одинаковый ранг.
В сети с выделенным сервером один или более компьютеров, называемый сервером, выполняют дополнительные функции по предоставлению услуг остальным компьютерам сети. В случае услуг по хранению и выдаче файлов он называется файловый сервер, услуг по распространению электронной почты – почтовый сервер и т.п.
Если сервер только хранит файлы и передает их клиентам, а клиенты осуществляют полностью обработку данных на своих компьютерах, то такую конфигурацию называют файл-серверной [18].
Если обработка данных ведется и на клиентской, и на серверной частях сети, то такой тип конфигурации – клиент-серверный. В клиент-серверной конфигурации работает большинство современных серверов управления базами данных [18].
Топология компьютерных сетей
Топология сети – схема физического соединения компьютеров в сети. Разделяют следующие топологии: общая шина, звезда, дерево, кольцо, полносвязная, ячеистая и смешанная топология.
Смешанные топологии являются комбинацией сетевых топологий.
Например, смешанная топология «звезда на шине» объединяет топологии «шина» и «звезда» (рис. 13) [33].

Рис. 13. Топология «звезда на шине»

Топология «гибридная ячейка» в основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 14) [33].

Рис. 14. Топология «гибридная ячейка»

Физическая реализация среды передачи данных
Сетевые адаптеры. Сетевой адаптер располагается между компьютером и кабелем с разъемом. Он служит для преобразования сигналов, поступающих по среде передачи, в компьютерные данные. Второе название – сетевая карта. Она вставляется в слот материнской платы компьютера и имеет разъем для подключения витой пары или коаксиального кабеля [13]. Широко используются и внешние сетевые адаптеры, подключаемые через шину USB2.
Сетевой концентратор, или хаб, имеет 16 портов. К нему можно подключить 16 компьютеров (широковещательная передача) или 15 компьютеров и один восходящий канал, т. е. канал связи с хабом верхнего уровня [13].
Коммутатор, или свич, запоминает адреса компьютеров, подключенных к его портам, и данные отправляются конкретному адресату. Такой режим снижает число коллизий [13].
Маршрутизатор, или роутер, служит для соединения сетей между собой. Сети при этом могут различаться даже технологиями. Маршрутизатор преобразует данные из одного формата в другой и отправляет их в нужные сегменты сети (рис. 15) [13].

Рис. 15. Аппаратные средства Internet

Модель взаимосвязи открытых систем
В компьютерных сетях важно совмещение работы оборудования и программного обеспечения. Оборудование совмещают по механическим и электрическим характеристикам, а программное обеспечение – по системе кодирования и формату данных. Решение этой задачи основано на модели OSI (модель взаимодействия открытых систем –Model of Open System Interconnections). Модель OSI была основана на предложениях Международного института стандартов ISO (International Standards Organization). Уровни модели OSI приведены в табл. 4 [39].
Согласно этой модели для рассмотрения архитектуры сетей ее разделили на семь уровней.
Самый верхний уровень – прикладной. На этом уровне пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Caмый нижний уровень – физический. Он обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем их перемещения с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки и, наконец, обратным воспроизведением на компьютере клиента в результате перемещения с нижнего уровня на верхний [39].
Таблица 4
Уровни модели OSI

Номер уровня	Наименование уровня	Описание уровня
7	Прикладной	Взаимодействие с прикладными программами пользователя
6	Представления	Шифрование, дешифрование, кодирование, перекодирование
5	Сеансовый	Координация связи между двумя рабочими станциями
4	Транспортный	Разбиение на пакеты и сборка пакетов в сообщения
3	Сетевой	Адресация и маршрутизация пересылаемых пакетов
2	Канальный	Формирование пакетов, требуемых для соответствующих сетей
1	Физический	Физические, механические и электрические характеристики линий связи

Совместимость архитектуры каждого уровня обеспечивается протоколами, определяющими характер взаимодействия аппаратуры – аппаратные протоколы и характер взаимодействия программ и данных (программные протоколы). Физически функции поддержки протоколов исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и программные средства (программы поддержки протоколов). Программы, выполняющие поддержку протоколов, также называют протоколами [39].
Каждый уровень архитектуры подразделяется на две части [41]:

• спецификацию услуг;
• спецификацию протокола.

Спецификация услуг определяет, что делает уровень, а спецификация протокола – как он это делает, причем каждый конкретный уровень может иметь более одного протокола [41].
Рассмотрим функции, выполняемые каждым уровнем программного обеспечения [39]:

• Физический уровень отвечает за соединение и отсоединение с физическим каналом, за управление каналом. Здесь устанавливается топология сети и скорость передачи данных.
•  Канальный уровень разбивает информацию на несколько пакетов или кадров. Контролирует правильность передаваемых данных.
• Сетевой уровень определяет маршрут передачи данных между сетями. Отвечает за обработку ошибок.
•  Транспортный уровень обеспечивает взаимодействие нижних уровней (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями.
• Сеансовый уровень организует сеансы связи между пользователями сети, устраняет ошибки в данных во время сеанса связи.
• Представительский уровень при передаче данных преобразовывает их в тот формат, который используется в информационной системе. Осуществляет обратное преобразование при приеме данных.
• Прикладной уровень обеспечивает удобный интерфейс для пользователя информационной системы.

Протокол TCP/IP – это основной протокол Интернета [39]. TCP/IP представляет собой несколько протоколов, связанных между собой и расположенных на разных уровнях модели OSI. Протокол TCP – протокол транспортного уровня. Его задача – управление передачей информации. Протокол IP – адресный. Он находится на третьем (сетевом) уровне и определяет направление передачи информации.
Протокол TCP. Данные, передаваемые по сети, делятся на пакеты небольших размеров, каждый пакет маркируется с тем, чтобы на компьютере получателя информация «собралась» правильно, без ошибок [39].
Протокол IP. У каждого участника Всемирной сети должен быть свой уникальный четырехбайтовый адрес (IP-адрес). Пример адреса: 196.34. 63.44 [39].
Современные серверы имеют широкое применение: для Интернета, для работы систем телекоммуникации, для обслуживания различных информационных систем и баз данных [34].
Необходимость серверов для обслуживания перечисленных выше систем объясняется тем, что сервер удовлетворяет многим требованиям, которым обычный компьютер не может удовлетворять. Сервер превосходит обычный компьютер по надежности, безопасности информации и многим другим параметрам, таким как экологичность, стоимость и др. Сервер должен обеспечивать четкую бесперебойную работу всей информационной системы, при этом исключать даже незначительную потерю информации или ее искажение, а также обязательно исключать несанкционированный доступ к информации.
Серверы имеют три различные конструкции [12].

• Напольный сервер. Размещается на полу, предназначен для работы в небольших учреждениях для выполнения незначительных задач.
• Стоечный сервер. Размещается в специальной стойке, в специально оборудованном помещении с соблюдением температурного и иных режимов.
• Блейд-сервер, или лезвийный сервер. Состоит из сверхтонких блоков, которые устанавливаются в специальный блейд – корпус. Такая конструкция позволяет осуществлять так называемое сверхкомпактное размещение.

К серверам предъявляются следующие требования [12].

• Требование по размещению. В зависимости от конструкции они должны находиться в специальном помещении с соблюдением всех требуемых условий эксплуатации. Кроме того, в серверную должен быть ограничен доступ.
• Требование по резервированию информации. Работа сервера не должна останавливаться даже в случае физического выхода сервера из строя. Для этого в сети есть резервный компьютер, который в критической ситуации выполняет функции сервера.
• Требования защиты от вирусов. Антивирусные средства встраиваются прямо в сервер или в серверный процессор.
• Требование резервного копирования и хранения данных. Серверы имеют свои системы резервного копирования, восстановления и хранения данных.
• Требование удаленного управления. Для этого создается специальный канал удаленной связи с сервером. В сервер встраивается система управления и тестирования.
• Требование масштабируемости. Сервер должен иметь способность увеличивать свою мощность путем наращивания дополнительных блоков.

В табл. 5 приведен пример того, как архитектура бухгалтерской ИС соответствует масштабу предприятия [29].

Таблица 5
Пример соответствия архитектуры сети масштабу предприятия

Технологическая архитектура является фундаментом портфеля информационных технологий, используемых на предприятии. Относительно ее используют термины "платформа", "инфраструктура", "системная архитектура", "ИТ-архитектура" [28].
Технологическая архитектура необходима для обеспечение ИТ-сервисов на предприятии.
Технологическая архитектура включает в себя [36]:
- сетевую инфраструктуру;
- системы безопасности;
- аппаратные платформы;
- операционные системы;
- языки программирования;
- каталоги;
- системы управления базами данных;
- ПО и т.д.
Формируется технологическая архитектура двумя подходами [28]:

• Открытый. Состоит в перечислении используемых стандартов. Способствует уменьшению зависимости предприятия от поставщиков. Замена продукта из списка разрешенных стандартов на практике затруднительна.
• Связанный с перечислением конкретных продуктов и технологий. Применяется с середины 1990-х годов.

Преимущества от применения списка используемых технологий [28]:

• уменьшаются затраты на персонал и его переобучение;
• проще интегрировать прикладные системы между собой;
• экономия за счет  небольших объемов покупок технологий;
• экономия на самих процессах закупок, за счет снижения времени обсуждения альтернатив.

Примеры базовой технологической архитектуры [30]:
– сети;
– аппаратное обеспечение;
– операционные системы;
– системы хранения данных;
–программное обеспечение.
Примерами архитектуры являются [36]:
– системы коллективной работы;
– системы электронной коммерции;
– электронная почта;
– системы управления потоками работ;
– приложения для Интернета;
–хранилища данных.
Gartner считает, что в технологической архитектуре шесть архитектурных компонент (сервисов) [29]:

• сервисы данных;
• прикладные сервисы;
• программное обеспечение промежуточного слоя;
• вычислительная инфраструктура;
• сетевые сервисы;
• сервисы безопасности.

Надежность, управляемость, производительность, безопасность, совместимость - требования, которыми должна обладать программная система [26].
Состояние технологической инфраструктуры предприятия оценивают подходом Питера Кинома (Peter Keen), содержащего два критерия [29]:

• функциональные возможности;
• территориальный охват.

Адаптивная технологическая инфраструктура
Адаптивная технологическая инфраструктура способна в определенных пределах "подстраиваться" под работу бизнес-приложений.
Принципы адаптивной инфраструктуры [9]:

• все ИТ-ресурсы находятся в общем пользовании;
• выделение ресурсов каким-либо приложениям происходит автоматически;
• соответствующе качество обслуживания.

5.2. Роль стандартов и профилей стандартов
Стандарты – это документы, в которых содержатся описания лучших подходов при работе с архитектурой предприятия. Роль их значительна, так как они описывают взаимодействия различных составляющих архитектуры между собой [9].
Выделяют два класса стандартов – "технологические" и "рамочные" [31].
Наибольший интерес представляют "рамочные" стандарты, ISO 15704, а также ISO 15288 и, частично, ISO 12207. Согласно стандарту ISO/IEC 15288, жизненный цикл систем состоит из процессов (рис.16).

Рис. 16. Стандарт ISO 15288

Профиль стандартов – совокупность выборок из нескольких стандартов. При использовании профилей снижаются затраты за счет уменьшения трудоемкости и одновременно повышается качество реализации проектов.
Профили делятся на два класса [36]:
1) профили, созданные на основе стандарта ISO 15288, для описания программных или архитектурных решений;
2) профили, созданные на основе стандарта ISO 12207, регламентирующие процессы жизненного цикла программных систем. Формирование профиля включает следующие этапы:
– определение бизнес-требований;
– формирование общего списка ИТ-сервисов;
– заполнение матрицы корреляции бизнес-требований и ИТ-сервисов;
– формирование списка ИС-сервисов и матрицы корреляции ИТ/ИС-сервисов.

5.3. Применение архитектурных шаблонов
Для осуществление помощи бизнес-процессу в информационной системе возможно применять уже известные части программного кода и/или типовые конфигурации оснащения – шаблоны [5]. Это позволяет значительно сократить и время на выполнения операций, и производственные риски за счет использования частей, уже протестированных на практике.
Шаблон – это известный способ решения известной проблемы (рис.17).

Важная часть, которая связана с шаблонами, есть то, что на каждом этапе они имеют сопровождение конкретными обоснованиями того, как и почему это решение считается наиболее оптимальным в определенных условиях. Шаблоны помогают более широко понять, как применять модели. Они указывают, что конкретно делает любую модель оптимальным решением [10].
Свое первое признание в области IT-технологий шаблоны получили в области программной архитектуры.
Причины, согласно которым шаблоны имеют вес для архитектуры предприятия [10]:

• При использовании правильных шаблонов процент реализации архитектуры значительно возрастает.
• Создание и применение шаблонов в организации дает преимущества. Их можно использовать несколько раз для разрешения спорных вопросов и неразрешенных задач.
• Использование шаблонов отделяет логический уровень от физического уровня архитектуры. Это дает возможность создать долгосрочные работающие решения и придает гибкость.

Архитектурные концепции (методики) и шаблоны – два инструмента для успешного, эффективного создания моделей и реализации систем с минимальными рисками.
В зависимости от уровня абстракции можно выделить [5]:
- бизнес-шаблоны;
- архитектурные шаблоны;
- шаблоны уровня приложений и т.п.
Эти шаблоны используются для описания типовых областей:

• взаимодействие пользователя с предприятием – U2B;
• взаимодействие между программами приложений от различных предприятий – B2B;
• коллективная работа пользователей, общие форумы и т.п. – U2U;
• поиск информации в базах данных, анализ данных – U2D;
• взаимодействие приложений "в пределах одного предприятия".

При реализации сложных решений шаблоны могут использоваться или по отдельности, или в сочетании друг с другом.

5.4. Сервис-ориентированная архитектура (SOA) и архитектура, управляемая моделями (MDA)
Сервис-ориентированная архитектура – подход к проектированию прикладных информационных систем, для которого характерно следующее [10]:

• бизнес-логика прикладной системы не зависит от логики презентации информации;
• бизнес-логика прикладной системы реализована в виде программных модулей (сервисов). Сервисы – это программные компоненты [40]. Доступ к сервисам осуществляется в режиме "запрос-ответ". Они доступны внешним пользователям посредством специальных интерфейсов.

Взаимодействие между уровнями осуществляется через сервисы. Сервисы обслуживают уровень обработки событий и обеспечивают сбор данных в масштабе предприятия. Затем преобразуют данные и осуществляют их маршрутизацию по разным уровням. Между сервисами каждого уровня возможна "обратная связь".
В этой модели существует компонента архитектуры, связанная с жизненным циклом сервисов. Это разработка, тестирование, эксплуатация и т.п.
Архитектура MDA разработана в продолжение архитектуры SOA [10]. Она использует также программные компоненты - шаблоны. Используя, не важно, какие операционные системы, языки или ПО будут использоваться на практике. Технология интеграции для этой системы не имеет значения. Важным является организация и взаимосвязь системы на уровне процессов. Использует открытые стандарты.

Вопросы для самопроверки

• Что такое вычислительная сеть? Из чего она состоит?
• Чем является технологическая архитектура в портфеле информационных технологий предприятия?
• В чем состоит назначение технологической архитектуры?
• Каким образом формируется технологическая архитектура?
• Какие шесть архитектурных компонент называет в технологической архитектуре Gartner?
• В чем состоят основные идеи адаптивной технологической инфраструктуры?
• Какова роль стандартов и профилей в архитектуре предприятия?
• Что такое шаблон? Назначение шаблонов.
• Поясните подход сервис-ориентированной архитектуры (SOA) и архитектуры, управляемой моделями (MDA).
• Что такое распределенная обработка данных?
• Что такое физическая передающая среда?
• Приведите общую классификацию компьютерных сетей.
• Что такое широковещательная передача?
• Чем отличается передача с коммутацией каналов от передачи с коммутацией пакетов?
• Какие вы знаете среды передачи данных?
• Чем отличаются одноранговые сети от сетей с выделенным сервером?
• Какие вы знаете топологии сетей?
• Что такое сетевой адаптер, коммутатор и маршрутизатор?
• Что представляет собой  модель взаимосвязи открытых систем? поясните работу каждого уровня.
• Какие конструкции серверов вы знаете?
• Какие требования применяются к серверам?
  

Предыдущая

Оглавление

Следующая