Основной принцип открытых систем состоит в создании среды, включающей программные и аппаратные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы, которая в своей основе имеет развивающиеся, доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает переносимость, взаимодействие и масштабируемость приложений и данных. Второй принцип состоит в использовании методов функиональной стандартизации – построении и использовании профиля - согласованного набора базовых стандартов, необходимых для решения конкретной задачи или класса задач.

3.1. Эталонная модель среды открытых систем

Для структурирования среды открытых систем используется эталонная модель (Open System Environment Reference Model - OSE/RM), принятая в основополагающем документе ISO/IEC 14252 (Рисунок 3). Она может модернизироваться в зависимости от класса системы. Например, для телекоммуникационных систем хорошо известна 7-уровневая модель взаимосвязи открытых систем ISO/IEC 7498, которую можно представить как расширение модели OSE/RM с детализацией верхнего прикладного уровня.

Рисунок 3–Эталонная модель среды открытых систем

Как видно из рисунка 3., эталонная модель является трехмерной. По вертикали в ней можно выделить следующие компоненты:

приложение;

платформу;

внешнюю среду;

интерфейс приложения с платформой;

интерфейс платформы с внешней средой.

По горизонтали имеются следующие компоненты (функциональные области):

службы операционной системы;

службы интерфейса "человек-машина";

служба управления данными;

служба обмена данными;

служба машинной графики;

служба сетевого обеспечения.

К третьему измерению относятся:

службы поддержки разработки программного обеспечения;

службы защиты информации;

интернационализация;

служба поддержки распределенной системы;

На базе эталонной модели строятся ее модификации в зависимости от архитектуры конкретной системы. Следует обратить внимание на то, что сеть Интернет, построенная на основе протоколов TCP/IP, так же является частью среды открытой системы, как часть сетевых служб, входящих в одну из шести функциональных областей среды, и далеко не решает всех проблем открытых систем, как об этом иногда ошибочно думают и пишут.

3.2. Классификация профилей

Существует несколько видов классификации профилей. В общем случае профили можно разделить на:

профили общего назначения;

профили конкретного применения.

К профилям общего назначения относятся:

международные стандартизованные профили (International Standardized Profiles - IPS), признанные комитетом ISO/IEC. ISP имеют в международном сообществе такой же статус, что и международные базовые стандарты и направлены на широкую область применения;

национальные профили, в соответствии с которыми должна строиться национальная Информационная Инфраструктура;

корпоративные профили;

технические профили, описывающие среду, такие как профили платформ, профили суперкомпьютерной среды, профили реального времени и др.

К профилям конкретного применения относятся:

• отраслевые или ведомственные профили;

  профили предприятий, организаций, департаментов и подразделений.

Профили общего назначения и профили конкретного применения разрабатываются по методу Workshop различными по количественному составу группами специалистов:

в разработке профилей общего назначения участвует как можно большее число специалистов;

в разработке профилей конкретного применения участвуют около 10 специалистов, половину из которых составляют пользователи, а половину - специалисты в области информационных технологий. Очень важно, чтобы эта группа возглавлялась одним из первых лиц (отрасли, организации), хорошо представляющим цели основной деятельности (отрасли, организации и т.д.).

3.3. Масштаб проблемы

В соответствии с принципами открытых систем должна строиться ИИ всех уровней: глобальная, национальная, отраслевая, корпоративная, организации, предприятия и т.д.

Кроме того, принципы открытых систем распространяются на системы всех классов и назначений, в том числе на:

системы реального времени;

микропроцессорные встроенные системы;

среду высокопроизводительных вычислений (Grid-структуру).

В реализации принципов открытых систем заинтересованы все участники процесса информатизации:

пользователи;

разработчики;

изготовители и поставщики продуктов информационных технологий;

разработчики стандартов.

В связи с тем, что в условиях перехода к информационному обществу практически все отрасли экономики не могут функционировать без развитой ИИ, проблема принимает межотраслевой национальный характер. Несмотря на очевидные преимущества реализации принципов открытых систем, решение проблемы в нашей стране происходит гораздо более медленными темпами, чем в странах с развитой рыночной экономикой. Наиболее продвинутой с этой точки зрения представляется сфера науки и образования, где активно создается ИИ, необходимость реализации принципов открытых систем продекларирована в существующих нормативных документах. А главное, в сфере науки и образования сконцентрированы высококвалифицированные кадры, являющиеся и пользователями и разработчиками информационных технологий. Информационная инфраструктура в большинстве академических и учебных институтов создается своими силами без привлечения специализированных организаций.

Открытые и закрытые системы

Существуют два основных типа систем: закрытые и открытые.

Закрытая система (closed system) - система, изолированная от внешней среды, элементы которой взаимодействуют только друг с другом, не имея контактов с внешней средой.

Рис. 3.1.

Открытая система (open system) - система, которая взаимодействует с окружающей ее средой в каком-либо аспекте: информационном, энергетическом, вещественном и т.д.1

Все организации являются открытыми системами, их выживание зависит от внешнего мира. Организация обменивается с внешней средой через проницаемые границы энергией, информацией, материалами. Открытая система не является самообеспечивающейся, так как зависит от энергии, информации и материалов, поступающих извне. Кроме того, открытая система имеет способность приспосабливаться к изменениям во внешней среде и должна делать это для того, чтобы продолжить свое функционирование.

Организация как сложная система состоит из крупных составляющих частей, которые называются подсистемами. Подсистемы могут, в свою очередь, состоять из более мелких подсистем. Поскольку все они взаимозависимы, неправильное функционирование даже самой маленькой подсистемы может повлиять на систему в целом. Поэтому работа каждого сотрудника и каждого отдела в организации очень важна для успеха всей организации.

Модель организации как открытой системы. Концепция 7-S Т. Питерса и Р. Уотермана

Модель организации как открытой системы в упрощенном виде представлена на рис. 3.2. Входами модели являются получаемые организацией из окружающей среды информация, капитал, человеческие ресурсы и материалы. Организация в процессе преобразования обрабатывает эти входы, преобразуя их в продукцию или услуги - выходы организации, которые она передает в окружающую среду. В ходе процесса преобразования образуется добавочная стоимость входов в том случае, если управление в организации является эффективным. В результате появляются дополнительные выходы, такие как прибыль, увеличение доли рынка, увеличение объема продаж (в бизнесе), реализация социальной ответственности, удовлетворение работников, рост организации и т.п.

Рис. 3.2.

Одна из наиболее популярных в 1980-е гг. системных концепций менеджмента - это теория "7-S", авторами которой являются исследователи консультативной фирмы "МакКинси" Т. Питере и Р. Уотерман, написавшие известную книгу "В поисках эффективного управления".

Согласно данной теории эффективная организация формируется на базе семи взаимосвязанных составляющих, изменение каждой из которых требует соответствующего изменения остальных шести. По-английски название всех этих составляющих начинается на "s", поэтому концепция получила название "7-S".

Ключевыми составляющими являются:

• - стратегия (strategy) - планы и направления действий, определяющие распределение ресурсов, фиксирующие обязательства по осуществлению определенных действий во времени для достижения поставленных целей;
• - структура (structure) - внутренняя композиция организации, отражающая деление организации на подразделения, иерархическую субординацию этих подразделений и распределение власти между ними;
• - системы (system) - процедуры и рутинные процессы, протекающие в организации;
• - штат (staff) - ключевые группы персонала организации, их характеристики по возрасту, полу, образованию и т.п.;
• - стиль (style) - стиль управления и организационная культура;
• - квалификация (skills) - отличительные возможности ключевых людей в организации;
• - разделенные ценности (shared values) - смысл и содержание основных направлений деятельности, которые организация доводит до своих членов.

В соответствии с данной концепцией только те организации могут эффективно функционировать и развиваться, в которых менеджеры могут содержать в гармоничном состоянии систему, состоящую из перечисленных семи составляющих.

Модель OSI, как это следует из ее названия (Open System Interconnection), описы­вает взаимосвязи открытых систем. Что же такое открытая система?

В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми специ­фикациями.

Напомним, что под термином «спецификация» (в вычислительной технике) понимают формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик. Понятно, что не всякая специ­фикация является стандартом. В свою очередь, под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стан­дартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсужде­ния всеми заинтересованными сторонами.

Использование при разработке систем открытых спецификаций позволяет третьим сторонам разрабатывать для этих систем различные аппаратные или про­граммные средства расширения и модификации, а также создавать программно-аппаратные комплексы из продуктов разных производителей.

Для реальных систем полная открытость является недостижимым идеалом. Как правило, даже в системах, называемых открытыми, этому определению соответствуют лишь некоторые части, поддерживающие внешние интерфейсы. На­пример, открытость семейства операционных систем Unix заключается, кроме всего прочего, в наличии стандартизованного программного интерфейса между ядром и приложениями, что позволяет легко переносить приложения из среды одной версии Unix в среду другой версии. Еще одним примером частичной открытости является применение в достаточно закрытой операционной системе Novell NetWare открытого интерфейса Open Driver Interface (ODI) для включе­ния в систему драйверов сетевых адаптеров независимых производителей. Чем больше открытых спецификаций использовано при разработке системы, тем бо­лее открытой она является.

Модель OSI касается только одного аспекта открытости, а именно открытости средств взаимодействия устройств, связанных в вычислительную сеть. Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных правил, опреде­ляющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых сообще­ний.

Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:

Возможность построения сети из аппаратных и программных средств различ­ных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;

Возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;

Возможность легкого сопряжения одной сети с другой;

Простота освоения и обслуживания сети.

Ярким примером открытой системы является международная сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к от­крытым системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специа­листов-пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирм-производителей вычислительной аппаратуры и программного обеспече­ния, работающих в разных странах. Само название стандартов, определяющих ра­боту сети Internet - Request For Comments (RFC), что можно перевести как «запрос на комментарии», - показывает гласный и открытый характер принимаемых стан­дартов. В результате сеть Internet сумела объединить в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

1.3.5. Модульность и стандартизация

Модульность - это одно из неотъемлемых и естественных свойств вычислительных сетей. Модульность проявляется не только в многоуровневом представлении комму­никационных протоколов в конечных узлах сети, хотя это, безусловно, важная и принципиальная особенность сетевой архитектуры. Сеть состоит из огромного чис­ла различных модулей - компьютеров, сетевых адаптеров, мостов, маршрутизаторов, модемов, операционных систем и модулей приложений. Разнообразные требования, предъявляемые предприятиями к компьютерным сетям, привели к такому же разно­образию выпускаемых для построения сети устройств и программ. Эти продукты

отличаются не только основными функциями (имеются в виду функции, выполня­емые, например, повторителями, мостами или программными редиректорами), но и многочисленными вспомогательными функциями, предоставляющими пользовате­лям или администраторам дополнительные удобства, такие как автоматизированное конфигурирование параметров устройства, автоматическое обнаружение и устране­ние некоторых неисправностей, возможность программного изменения связей в сети и т. п. Разнообразие увеличивается также потому, что многие устройства и програм­мы отличаются сочетаниями тех или иных основных и дополнительных функций - существуют, например, устройства, сочетающие основные возможности коммутато­ров и маршрутизаторов, к которым добавляется еще и набор некоторых дополни­тельных функций, характерный только для данного продукта.

В результате не существует компании, которая смогла бы обеспечить производ­ство полного набора всех типов и подтипов оборудования и программного обеспе­чения, требуемого для построения сети. Но, так как все компоненты сети должны работать согласованно, совершенно необходимым оказалось принятие многочис­ленных стандартов, которые, если не во всех, то хотя бы в большинстве случаев, гарантировали бы совместимость оборудования и программ различных фирм-из­готовителей. Таким образом, понятия модульности и стандартизации в сетях не­разрывно связаны, и модульный подход только тогда дает преимущества, когда он сопровождается следованием стандартам.

В результате открытый характер стандартов и спецификаций важен не только для коммуникационных протоколов, но и для всех многочисленных функций разно­образных устройств и программ, выпускаемых для построения сети. Нужно отметить, что большинство стандартов, принимаемых сегодня, носят открытый характер. Вре­мя закрытых систем, точные.спецификации на которые были известны только фир­ме-производителю, ушло. Все осознали, что возможность легкого взаимодействия с продуктами конкурентов не снижает, а наоборот, повышает ценность изделия, так как его можно применить в большем количестве работающих сетей, построенных на продуктах разных производителей. Поэтому даже фирмы, ранее выпускавшие весь­ма закрытые системы - такие как IBM, Novell или Microsoft, - сегодня активно участвуют в разработке открытых стандартов и применяют их в своих продуктах.

Сегодня в секторе сетевого оборудования и программ с совместимостью продук­тов разных производителей сложилась следующая ситуация. Практически все про­дукты, как программные, так и аппаратные, совместимы по функциям и свойствам, которые были внедрены в практику уже достаточно давно и стандарты на которые уже разработаны и приняты по крайней мере 3-4 года назад. В то же время очень часто принципиально новые устройства, протоколы и свойства оказываются несов­местимыми даже у ведущих производителей. Такая ситуация наблюдается не только для тех устройств или функций, стандарты на которые еще не успели принять (это естественно), но и для устройств, стандарты на которые существуют уже несколько лет. Совместимость достигается только после того, как все производители реализуют этот стандарт в своих изделиях, причем одинаковым образом.

1.3.6. Источники стандартов

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. В зависимости от статуса организаций различают следующие виды Стандартов:

стандарты отдельных фирм (например, стек протоколов DECnet фирмы Digital Equipment или графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем фирмы Sun);

стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами, например стандарты технологии АТМ, разрабатываемые специально созданным объединением АТМ Forum, насчитывающем около 100 коллектив­ных участников, или стандарты союза Fast Ethernet Alliance по разработке стан­дартов 100 Мбит Ethernet;

национальные стандарты, например, стандарт FDDI, представляющий один из многочисленных стандартов, разработанных Американским национальным ин­ститутом стандартов (ANSI), или стандарты безопасности для операционных систем, разработанные Национальным центром компьютерной безопасности (NCSC) Министерства обороны США;

международные стандарты, например, модель и стек коммуникационных про­токолов Международной организации по стандартам (ISO), многочисленные

стандарты Международного союза электросвязи (ITU), в том числе стандарты

на сети с коммутацией пакетов Х.25, сети frame relay, ISDN, модемы и многие

Некоторые стандарты, непрерывно развиваясь, могут переходить из одной ка­тегории в другую. В частности, фирменные стандарты на продукцию, получившую широкое распространение, обычно становятся международными стандартами де-факто, так как вынуждают производителей из разных стран следовать фирменным стандартам, чтобы обеспечить совместимость своих изделий с этими популярными продуктами. Например, из-за феноменального успеха персонального компьютера компании IBM фирменный стандарт на архитектуру IBM PC стал международ­ным стандартом де-факто.

Более того, ввиду широкого распространения некоторые фирменные стандарты становятся основой для национальных и международных стандартов де-юре. Например, стандарт Ethernet, первоначально разработанный компаниями Digital Equipment, Intel и Xerox, через некоторое время и в несколько измененном виде был принят как национальный стандарт IEEE 802.3, а затем организация ISO утвердила его в качестве международного стандарта ISO 8802.3.

Международная организация по стандартизации (International Organization / or Standardization , ISO , часто называемая также International Standards Organization ) представляет собой ассоциацию ведущих национальных организаций по стан­дартизации разных стран. Главным достижением ISO явилась модель взаимо­действия открытых систем OSI, которая в настоящее время является концеп­туальной основой стандартизации в области вычислительных сетей. В соответ­ствии с моделью OSI этой организацией был разработан стандартный стек ком­муникационных протоколов OSI.

Международный союз электросвязи (International Telecommunications Union , ITU ) - организация, являющаяся в настоящее время специализированным органом Организации Объединенных Наций. Наиболее значительную роль в стандарти­зации вычислительных сетей играет постоянно действующий в рамках этой организации Международный консультативный комитет по телефонии и теле­графии (МККТТ) (Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony, CCITT). В результате проведенной в 1993 году реорганизации ITU CCITT несколько изменил направление своей деятельности и сменил назва­ние - теперь он называется сектором телекоммуникационной стандартизации ITU (ITU Telecommunication Standardization Sector, ITU-T). Основу деятельно­сти ITU-T составляет разработка международных стандартов в области телефо­нии, телематических служб (электронной почты, факсимильной связи, телетекста, телекса и т. д.), передачи данных, аудио- и видеосигналов. За годы своей дея­тельности ITU-T выпустил огромное число рекомендаций-стандартов. Свою работу ITU-T строит на изучении опыта сторонних организаций, а также на результатах собственных исследований. Раз в четыре года издаются труды ITU-T в виде так называемой «Книги», которая на самом деле представляет собой целый набор обычных книг, сгруппированных в выпуски, которые, в свою очередь, объединяются в тома. Каждый том и выпуск содержат логически взаимосвязан­ные рекомендации. Например, том III Синей Книги содержит рекомендации для цифровых сетей с интеграцией услуг (ISDN), а весь том VIII (за исключе­нием выпуска VIII.1, который содержит рекомендации серии V для передачи данных по телефонной сети) посвящен рекомендациям серии X: Х.25 для сетей с коммутацией пакетов, Х.400 для систем электронной почты, Х.500 для гло­бальной справочной службы и многим другим.

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике - Institute of Electrical and Electronics Engineers , IEEE ) - национальная организация США, определяющая сетевые стандарты. В 1981 году рабочая группа 802 этого инсти­тута сформулировала основные требования, которым должны удовлетворять локальные вычислительные сети. Группа 802 определила множество стандар­тов, из них самыми известными являются стандарты 802.1,802.2, 802.3 и 802.5, которые описывают общие понятия, используемые в области локальных сетей, а также стандарты на два нижних уровня сетей Ethernet и Token Ring.

Европейская ассоциация производителей компьютеров (European Computer Manu ­ facturers Association , ЕСМА) - некоммерческая организация, активно сотрудни­чающая с ITU-T и ISO, занимается разработкой стандартов и технических обзоров, относящихся к компьютерной и коммуникационной технологиям. Из­вестна своим стандартом ЕСМА-101, используемым при передаче отформати­рованного текста и графических изображений с сохранением оригинального формата.

Ассоциация производителей компьютеров и оргтехники (Computer and Business Equipment Manufacturers Association , CBEMA ) - организация американских фирм-производителей аппаратного обеспечения; аналогична европейской ассоциации ЕКМА; участвует в разработке стандартов на обработку информации и соответ­ствующее оборудование.

Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association , EIA ) - промышленно-торговая группа производителей электронного и сетевого обору­дования; является национальной коммерческой ассоциацией США; проявляет значительную активность в разработке стандартов для проводов, коннекторов и других сетевых компонентов. Ее наиболее известный стандарт - RS-232C.

Министерство обороны США (Department of Defense , DoD ) имеет многочислен­ные подразделения, занимающиеся созданием стандартов для компьютерных систем. Одной из самых известных разработок DoD является стек транспорт­ных протоколов TCP/IP.

Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute , ANSI ) - эта организация представляет США в Международной орга­низации по стандартизации ISO. Комитеты ANSI ведут работу по разработке стандартов в различных областях вычислительной техники. Так, комитет ANSI ХЗТ9.5 совместно с фирмой IBM занимается стандартизацией локальных сетей крупных ЭВМ (архитектура сетей SNA). Известный стандарт FDDI также яв­ляется результатом деятельности этого комитета ANSI. В области микрокомпь­ютеров ANSI разрабатывает стандарты на языки программирования, интерфейс SCSI. ANSI разработал рекомендации по переносимости для языков С, FORTRAN, COBOL.

Особую роль в выработке международных открытых стандартов играют стан­дарты Internet. Ввиду большой и постоянной растущей популярности Internet, эти стандарты становятся международными стандартами «де-факто», многие из кото­рых затем приобретают статус официальных международных стандартов за счет их утверждения одной из вышеперечисленных организаций, в том числе ISO и ITU-T. Существует несколько организационных подразделений, отвечающих за развитие Internet и, в частности, за стандартизацию средств Internet.

Основным из них является Internet Society (ISOC) - профессиональное сооб­щество, которое занимается общими вопросами эволюции и роста Internet как гло­бальной коммуникационной инфраструктуры. Под управлением ISOC работает Internet Architecture Board (IAB) - организация, в ведении которой находится технический контроль и координация работ для Internet. IAB координирует на­правление исследований и новых разработок для стека TCP/IP и является конеч­ной инстанцией при определении новых стандартов Internet.

В IAB входят две основные группы: Internet Engineering Task Force (IETF) и Internet Research Task Force (IRTF). IETF - это инженерная группа, которая занимается ре­шением ближайших технических проблем Internet. Именно IETF определяет спе­цификации, которые затем становятся стандартами Internet. В свою очередь, IRTF координирует долгосрочные исследовательские проекты по протоколам TCP/IP.

В любой организации, занимающейся стандартизацией, процесс выработки и принятия стандарта состоит из ряда обязательных этапов, которые, собственно, и составляют процедуру стандартизации. Рассмотрим эту процедуру на примере раз­работки стандартов Internet.

Сначала в IETF представляется так называемый рабочий проект (draft ) в виде, доступном для комментариев. Он публикуется в Internet, после чего широкий круг заинтересованных лиц включается в обсуждение этого документа, в него вносятся исправления, и наконец наступает момент, когда можно зафиксиро­вать содержание документа. На этом этапе проекту присваивается номер RFC (возможен «. другой вариант развития событий - после обсуждения рабочий проект отвергается и удаляется из Internet).

После присвоения номера проект приобретает статус предлагаемого стандарта. В течение 6 месяцев этот предлагаемый стандарт проходит проверку практи­кой, в результате в него вносятся изменения.

Если результаты практических исследований показывают эффективность пред­лагаемого стандарта, то ему, со всеми внесенными изменениями, присваивается статус проекта стандарта. Затем в течение не менее 4-х месяцев проходят его, дальнейшие испытания «на прочность», в число которых входит создание по крайней мере двух программных реализации.

Если во время пребывания в ранге проекта стандарта в документ не было вне­сено никаких исправлений, то ему может быть присвоен статус официального стандарта Internet. Список утвержденных официальных стандартов Internet публикуется в виде документа RFC и доступен в Internet. Следует заметить, что все стандарты Internet носят название RFC с соответ­ствующим порядковым номером, но далеко не все RFC являются стандартами Internet - часто эти документы представляют собой комментарии к какому-либо стандарту или просто описания некоторой проблемы Internet.

1.3.7. Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей явля­ется стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наибо­лее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSLBce эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token;

Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим! собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому! моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представи-" тельного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоот-| ветствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения ужи существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI явля-| ется концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представ| ляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от други[ стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протокола сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTPJ протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других. :

Протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность спецификаций. Эти свойства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существующие и появляющиеся технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международ­ных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вы­числительных сетей.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислитель­ной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учрежде­ниях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по своим собственным протоколам. Большинство орга­низаций пока только планируют переход к стеку OSI, и очень немногие приступи­ли к созданию пилотных проектов. Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоко­лам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей вер­сии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты фи­зического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и вы­деленных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие Другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, кото­рые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расста­новке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP, на кото­рых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP, сравнялось с общим количеством компьюте­ров, на которых работает стек IPX/SPX, и это говорит о резком переломе в от­ношении администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно они составляют подавляющее число мирового компьютерного парка и именно на них раньше почти везде работали прото­колы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare. Процесс становления стека TCP/IP в качестве стека номер один в любых типах сетей продолжается, и сейчас любая промышленная операционная система обя-1 зательно включает программную реализацию этого стека в своем комплекте поставки.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из много­миллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, суще­ствует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используют

протоколы TCP/IP. Чтобы отличать их от Internet, эти сети называют сетями TCP/IP, или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоко лами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В част ности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенныхнасовершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлю собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (в ра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максималы длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимо деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий. Это свойств также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетер» генных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако, как и всегда, за получаемые преимущества надо платить, и платой здесй оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких вычислительных затрат. Гибкая система адресации! и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб на­правлена на облегчение администрирования сети, в том числе и на облегчение кон­фигурирования оборудования, но в то же время сама требует пристального внима­ния со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против стека протоколов Internet, од­нако факт остается фактом - сегодня это самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и локальных сетях.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработан­ным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Прото­колы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптаци­ей протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с опе­рационной системой Novell NetWare, которая еще сохраняет мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность несколько снизилась и по темпам роста она отстает от Microsoft Windows NT.

Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограни­ченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые бы быстро работали на процессорах небольшой вычисли­тельной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещатель­ными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это об­стоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фир­мы Novell и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали распространен­ность его только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьезные изменения, на­правленные на их адаптацию для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/ SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сете­вых ОС, например SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Стек NetBIOS/SMB

Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физи­ческом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распростра­ненные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного пользова­тельского интерфейса NetBEUI - NetBIOS Extended User Interface. Для обеспече­ния совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабатывался как эффектив­ный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутиза­ция пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетя­ми, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему Microsoft Windows NT.

Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, пред­ставительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Стеки протоколов SNA фирмы IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple применяются в основном в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.

Рис. 1.30. Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

На рис. 1.30 показано соответствие некоторых, наиболее популярных протоколов уровням модели OSI. Часто это соответствие весьма условно, так как модель OSI - это только руководство к действию, причем достаточно общее, а конкретные протоколы разрабатывались для решения специфических задач, причем многие из них появились до разработки модели OSI. В большинстве случаев разработчики стеков отдавали предпочтение скорости работы сети в ущерб модульности - ни один стек, кроме стека OSI, не разбит на семь уровней. Чаще всего в стеке явно выделяются 3-4 уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются протоколы физического и канального уровней, сетевой уровень, транспортный уровень и уровень служб, вбирающий в себя функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

В компьютерных сетях идеологической основой стандартизации является мно­гоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сооб­щений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уров­не, но в разных узлах, называются протоколом.

Формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонен­тов соседних уровней одного узла, называются интерфейсом. Интерфейс опре­деляет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организа­ции взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных про­токолов.

Открытой системой может быть названа любая система, которая построена в соответствии с общедоступными спецификациями, соответствующими стандар­там и принятыми в результате публичного обсуждения всеми заинтересованны­ми сторонами.

Модель OSI стандартизует взаимодействие открытых систем. Она определяет 7 уровней взаимодействия: прикладной, представительный, сеансовый, транс­портный, сетевой, канальный и физический.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее популяр­ными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI.

Из-за разразившегося в 2000 году кризиса в ИТ-индустрии точку отсчета для нового компьютерного века приходится перенести. По оценкам отраслевых аналитиков, ситуация меняется к лучшему уже в текущем году. В компьютерных технологиях закончится падение производства, а в 2004-м и последующих годах предполагается рост, причем с заметным ускорением. Вот тогда-то со сдвигом лет на пять, скорее всего, и начнется новый компьютерный XXI век.

А прежде, в нынешний переходный период, особенно накануне Нового года, возникает вполне естественное желание заглянуть за горизонт и посмотреть, что нас ожидает в следующем столетии. Обращение к тем же аналитикам не позволяет увидеть глубинные перемены, которые стоят за технологиями, вызывают их к жизни. Похоже, аналитики пользуются известным правилом метеорологов: вероятность сохранения сегодняшней погоды на завтра равна 70%, поэтому, если хочешь дать прогноз с вероятностью выше 50%, занимайся прямой экстраполяцией. Следуя этому правилу, практически все без исключения аналитики говорят о количественных изменениях хорошо известных явлений. На днях я обратился с вопросом к вице-президенту по исследованиям одной из крупнейших аналитических компаний, с желанием выяснить, почему отчеты и прогнозы настолько формальны, лишены хотя бы элементов научности или подлинной аналитичности. Вот его буквальный ответ (название компании по понятной причине опускаю): «Компания N - это не академический мыслительный центр. Большинство сотрудников N не имеют диплома о специальном образовании в науках о компьютерах. N - это консультативная компания для потребителей, для тех, кто выбирает лучшие технологии для условий своего бизнеса. Мы не являемся научными консультантами».

Прогнозировать, оставаясь на исключительно технологических позициях, можно было в прежние годы. Нынешнее же состояние компьютинга обнаруживает качественно новые черты; среди них - попытки строить системы с саморегулированием и создавать предприятия, работающие в режиме реального времени, попытки, не укладывающиеся в привычные стереотипы. Их отличает связь не столько с технологиями, сколько с методами создания систем нового типа с использованием уже существующих и перспективных технологий. Эти пока скромные попытки свидетельствуют о том, что уже накоплен вполне достаточный багаж технологий, чтобы строить системы не на интуитивных представлениях, а на основе кибернетических принципов - прежде всего, с использованием обратной связи.

Механизм обратной связи позволяет системам любого типа - живым, механическим, электрическим, социальным - оставаться в состоянии равновесия (или, как его чаще называют, гомеостаза). Обратная связь не только стабилизирует процессы, но и служит механизмом, способствующим их развитию; еще Чарльз Дарвин оценил значение обратной связи в эволюции. Принцип управления по обратной связи предполагает постоянное сравнение текущего состояния системы с желаемым и выработку управляющих сигналов на основании полученной в результате сравнения разности. Обратная связь позволяет строить сложные, самоуправляемые технические системы; о том, как она использовалась в целях управления на протяжении веков, см. во врезке «Из истории обратной связи».

Как ни покажется это странным, но в компьютерных системах принципы обратной связи пока используются чрезвычайно мало. Только в последние годы начали говорить о самоуправляемых компьютерных системах (autonomic computing), о компьютерах с возможностью самовосстановления (self-healing), об асинхронных процессорах, где обратная связь охватывает отдельные логические компоненты. Стимулом к формированию этих новых взглядов стала возникшая проблема сложности.

Реинкарнация обратной связи

Не слишком известное, но весьма влиятельное американское ведомство Office of Force Transformation, ответственное за оценку технологических тенденций и находящееся в непосредственном подчинении министра обороны США, считает, что обратная связь - это именно то, что изменит компьютерные системы. В соответствующем отчете, озаглавленном Transformation Trends , со ссылкой на британского ученого Стива Гранда, выступает в роли проповедника идей обратной связи, он утверждает: «Системы, построенные на принципах обратной связи, изменят не только способ организации отдельно взятых компаний, но национальных экономик в целом. Однако для этого потребуется создать новые математику и физику, постичь новое понимание мира в целом».

Еще одна заметная публикация, «Возврат к саморегулирующимся системам», появилась чуть более года назад в одном из самых влиятельных деловых журналов, в Forbes (http://www.forbes.com/asap/2002/ 1007/020_print.html ). Она целиком посвящена проблемам обратной связи. Сам факт публикации статьи и ее содержание заслуживают пристального внимания. Во-первых, после десятилетий молчания или, что скорее, сознательного замалчивания снова публично заговорили о кибернетических методах управления. Во-вторых, сделано это по-новому; за скобками осталось нагромождение искусственного и потому никому не нужного знания, порожденного в 60-е и 70-е годы. «Кибернетики» тех лет возвели из него собственную «башню из слоновой кости», замкнулись в ней и тем отторгли от себя людей с практическим стилем мышления. Вследствие раскола между носителями кибернетических знаний и приверженцами массовых технологий произошла утеря преемственности; как результат, сегодня приходится снова объяснять азы кибернетики, что собственно и делает Майкл Мэлоун, автор статьи в Forbes. Он популярно объясняет значение обратной связи в живой природе и в технологиях, хотя это, вроде бы, должно быть известно любому образованному человеку.

В качестве наиболее свежих и красивых примеров использования обратной связи Мэлоун приводит недавно изобретенный самокат Segway, а также системы управления предприятиями в реальном времени. К системам управления предприятиями мы еще вернемся. Что же касается Segway, то это действительно уникальная движущаяся система; я имел случайную возможность проехать на этом самокате пару десятков метров и испытал удивительные ощущения. Способность к необычному перемещению этому самокату обеспечивает маховик и система стабилизации с обратной связью. Кстати, наш соотечественник П.П. Шиловский пытался сделать нечто подобное 90 лет назад, но тогда создать полноценную систему управления было нереально, подобная возможность появилась лишь сейчас, для этого в Segway встроен мощный компьютер.

Обратную связь начинают включать в экспериментальные продукты и других новых технологий. В Forbes рассказывается о нескольких примерах, в том числе, о работе Федерико Фаджина, одного из изобретателей микропроцессора и основателя компании Zilog. В своей нынешней компании Synaptics Фаджин работает над принципиально новым типом процессора. Такой процессор сможет перестраиваться в соответствии с требуемыми функциями, его можно настроить на наиболее эффективное использование в качестве тестового процессора, арифметической машины, процессора для сотового телефона или микроконтроллера. Еще один пример. В Калифорнийском технологическом институте ветеран компьютерной индустрии, профессор Карвед Миид разрабатывает видеокамеру с системой стабилизации, аналогичной человеческому глазу.

Уверенность в том, что именно кибернетический подход в перспективе станет одним из ведущих, основана на том, что компьютерные системы подошли к рубежам, которые без него не преодолеть. Эти рубежи - проблема сложности, а также необходимость создания систем управления, работающих в реальном времени.

Кризис сложности и программное управление

Одна из причин современного кризиса компьютинга - возможно, самая важная - заключена в утвердившемся за последние десятилетия очевидном, но мало кем признаваемом, примате технологий над наукой, примате инженерного стиля мышления над стилем научным или философским. В результате лавинообразного и неуправляемого технологического роста, стимулированного не столько реальными потребностями, сколько особенностями компьютерного рынка, было порождено безумное количество разного рода технологий и технологических решений, постоянно отрицающих друг друга. Информационные системы превратились в чудовищный конгломерат продуктов. Как следствие, в первые годы нового тысячелетия на свет вышла проблема сложности. То, что системы, особенно программные, стали чересчур сложными, оказалось неприятной неожиданностью. В 2003 году сложность стала одной из самых горячих тем, однако ни один из тех, кто говорит о проблемах сложности ИТ, не задался вопросом: «Почему именно в компьютинге уперлись в проблему сложности? Почему современные физики, биологи или астрономы не говорят о сложности своего предмета, разве им не хватает сложностей?»

Воздуходувная машина, Китай

Совсем недавно мне довелось обсуждать проблему сложности программных систем с главным идеологом одной из самых известных компаний, поставляющих программные средства разработки приложений. Я общался с ним и прежде, и на основании предшествующих бесед о нем сложилось впечатление, как о человеке если не академических, то, во всяком случае, достаточно широких взглядов. Однако как только мы перешли к обсуждению проблем сложности, мой собеседник проявил удивительную неосведомленность в области теории систем. Оказалось, вся его эрудиция находится в рамках программных технологий. Невольно захотелось сравнить его самого с тем, что называют «замкнутыми системами», для модернизации которых необходим «внешний импульс».

Почему же этот интереснейший и умнейший человек оказывается попросту беспомощен, когда ему приходится выйти за рамки своей специальности, вне пределов хорошо знакомого ему программирования? Рискну дать объяснение, которое может вызвать несогласие или даже гнев со стороны многих. На мой взгляд, дело в самом предмете - в программировании и в отношении к нему.

Мы настолько привыкли к программному обеспечению, как к предмету нашей деятельности, что совершенно забыли исходный смысл слова «программа». И в английский язык, и в русский язык оно попало в результате заимствования из французского языка слова programme. (Кстати, вот почему по-русски мы пишем ЭТО слово с двумя «м».) Корни у него греческие, prographein означает «написанное заранее» (pro - «заранее», graphein - «писать»). Управление по программе предполагает, что программа, написанная заранее для какого-либо устройства, выполняется им так, как было задумано. Следовательно, искусство любого программирования, в том числе и компьютерного, заключается в учете абсолютно всех возможных факторов и условий внешней среды, и, если они учтены совершенно точно, то у программы есть возможность быть выполненной успешно, но достаточно любого внешнего непредусмотренного возмущающего воздействия и программный автомат идет вразнос. Программное управление может успешно манипулировать устройством, слабо связанным с внешней средой, например, стиральной машиной или компьютером, предназначенным для обработки известных данных.

Как ни странно, но именно архаичное программное управление было и остается основой современных компьютерных систем; компьютер работает по заранее созданной программе. В итоге, и совершенные современные методы программирования, и сами высокотехнологичные компьютеры, за редким исключением, остаются идейно близки самым первым примитивным программируемым автоматам. Медный диск с отверстиями заменила память, систему рычагов - процессоры, но идея выполнения наперед заданной программы осталась. По смыслу, в самом современном компьютере все точно так же, как было в Аналитической машине Чарльза Беббиджа. Единственное отличие - схема фон Ньюмена, согласно которой программы и данные хранятся в одной памяти. Чуть ли не единственной подсистемой с обратной связью является автоматическое включение вентилятора.

В 60-е - 70-е годы обнаруживались отдельные, весьма немногочисленные попытки альтернативных подходов, но они были попросту раздавлены активно развивающимися технологиями. Само слово «технология» вышло на первый план. Сегодня все, что делается с помощью компьютеров, называют не иначе как информационными технологиями. Налицо подмена цели средством. За прошедшие с тех пор годы выросли и заняли ключевые посты специалисты, не имеющие ни малейшего представления о кибернетике как о науке управления. Им не знакомы не то что имена Грегори Бейтсона или Людвига фон Берталанффи - они едва ли могут вспомнить, кем был Норберт Винер. Они легко и просто оперируют такими понятиями, как «система», «реальное время», «обратная связь», «задержка», но понятия не имеют, откуда они взялись. Этому поколению специалистов примат технологий над наукой представляется вполне естественным. Более того, их агрессивное отношение к науке имеет исторические аналогии: так к культуре и к науке относятся в те времена, когда общество вступает на путь регресса.

Но программное управление по определению накладывает ограничения на сложность системы, потому что возможность учета все большего и большего количества факторов не беспредельна. Раз системы, управляемые программно, имеют ограничение на сложность, то, следовательно, кризис сложности в компьютерных системах - ничто иное, как кризис самого принципа программного управления, на основании которого они строились до сих пор. Между тем, единственной альтернативой программному управлению является управление по обратной связи, учитывающее внешние воздействия и корректирующее соответствующим образом поведение управляемого объекта.

Вовсе не случайно, что одной из первых о проблемах заговорила корпорация IBM устами своего главного исследователя Пола Хорна, автора меморандума Autonomic Computing. (Почему-то autonomic в этом названии переводят словом «автономный», хотя точнее будет «самоуправляемый».) В меморандуме утверждается, что пришло время строить вычислительные системы, которые должны будут работать в автоматическом режиме, сами реагировать на изменения в окружающей среде, восстанавливать себя при возникновении неисправностей и обладать чем-то вроде иммунной системы. Близкую по идеологии работу ведет профессор университета Беркли Дэйв Паттерсон, тот самый, которому мы обязаны идеями дисковых массивов RAID и RISC-процессоров.

Обратная связь и RTE

Непосредственным поводом и, более того, стимулом для появления этой статьи стало посещение симпозиума, который каждую осень Gartner Group организует в Каннах. Обычно происходящее здесь можно охарактеризовать словом из лексикона специалистов по моде - «предапорте». Вниманию публики представляют оценку близких перспектив ИТ и взгляд за горизонт, ограниченный ближайшими пятью-семью годами. Как и следовало ожидать, в 2003 году здесь чаще всего звучал термин Real-Time. В этом убеждает анализ конференционного диска: данный термин обнаруживается более, чем в трети опубликованных на нем презентаций из общего числа свыше трехсот. Статистика свидетельствует, что чаще всего слова Real Time включались в оборот «предприятие, работающее в реальном времени» (Real Time Enterprise, RTE), но использовался также и в сочетании со словами «работа» (Real Time Work), «инфраструктура» (Real Time Infrastructure), «взаимодействие» (Real Time Collaboration) и еще не менее чем дюжиной других. Столь явное доминирование одного понятия, очевидно, нуждается в объяснении, тем более что проблематика RTE в том или ином виде присутствовала во всех ключевых выступлениях.

Программируемый автомат XVII века

Повышенное внимание к RTE можно рассматривать и как очередной маркетинговый ход, преследующий своей целью привлечь новые инвестиции в ИТ - таких прецедентов мы видели немало за последние годы. Но, возможно (и это, по моему мнению, вероятнее), есть основания полагать, что мы становимся свидетелями весьма серьезных изменений, имя которым - Real-Time вообще и Real Time Enterprise в том числе.

Приложение концепции реального времени к предприятию в комплексе в противовес традиционному представлению о реальном времени как об атрибуте технических систем необходимо и обсуждать с точки зрения бизнеса. Так, в Gartner Group, пребывая именно на такой бизнес-позиции, понимает под RTE тип предприятия, которое добивается конкурентных преимуществ за счет оперативного использования информации о событиях, сокращения задержек в принятии решений. В качестве технологической основы RTE рассматривается новый подход, который называют компьютингом в «реальном времени», или в «почти реальном времени» (near real-time), или в «нужном времени» (right-time), или просто, «осуществляющийся вовремя» (on-time). В конечном счете, переход «на реальное время» сводится к очевидному стремлению сократить задержку между моментом обнаружения событий и реакцией на него. Как ни назови подобный подход, суть не меняется - основанная на нем информационная система обеспечивает лицам, принимающим решения, актуальную информацию и возможность принимать решения со скоростью, необходимой для бизнеса.

Есть и другие подобные определения, исходящие из примерно тех же предпосылок со стороны бизнеса. Один из наиболее известных проповедников RTE, автор книг The Real-Time Enterprise и Business Process Management: The Third Wave, Питер Фингар дает следующее определение: «Менеджмент в реальном времени включает как тактические действия по распределению ресурсов, так и решение стратегических задач».

Аналитическая компания Aberdeen Group считает, что RTE обеспечивает предприятию, осуществляющему свою деятельность в реальном мире (real-world) три типа деловых преимуществ: проактивный менеджмент, тактическую реактивность и стратегическую гибкость. Соответственно компьютинг в реальном времени, с той же деловой точки зрения, больше нельзя рассматривать просто как изолированный набор технологий, он аккумулирует в себе корпоративную инфраструктуру и даже корпоративную культуру предприятия. Для внедрения такого рода компьютинга необходимо выйти за рамки сложившихся представлений, пересмотреть отношение к информационным ресурсам: оценить, какие данные должны быть доступны в первую очередь и каковы требования к точности представления данных. Следует соответствующим образом подготовить управляющий персонал и исполнителей, усовершенствовать отношения с поставщиками и клиентами.

Сумму технологий, обеспечивающих RTE, ограничить пока сложно. Есть очевидные требования, они должны обеспечивать реакцию на внешние условия («событие» - event, «сигнал тревоги» - alert), они должны предоставлять удобные «панели управления для менеджеров» (management dashboard), поддерживать разнообразные мобильные устройства. Поддерживающими технологиями должны быть встроенные СУБД реального времени, аналитические приложения, брокеры интеграции приложений, в том числе, программное обеспечение промежуточного слоя, ориентированное на сообщения (message-oriented middleware, MOM), а также портальные технологии и средства управления знаниями. Сторонники идеи RTE считают, что «частные» решения, такие как приложения управления отношениями с клиентами (Customer Relationship Management, CRM), управления цепочками поставок (Supply Chain Management, SCM) и планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP) объединятся вместе «на платформе» средств управления бизнес-процессами (Business Process Management, BPM).

Аналитики Gartner Group считают, что в течение следующих пятнадцати лет ключевые изменения в ИТ будут связаны с созданием систем, обеспечивающих управление предприятием без задержек по времени в управлении (zero latency). В результате, большинство серьезных предприятий уже в ближайшие годы будут управляться в режиме реального времени. Те же, кто не сумеет включиться в этот процесс, начнут испытывать опасные конкурентные затруднения в ближайшие пять-восемь лет.

К большому сожалению, методический уровень, на котором во время симпозиума обсуждались проблемы RTE, нельзя признать удовлетворительным. Выступления экспертов отличались чрезмерной пафосностью, чаще всего, представляя собой набор лозунгов. Невольно напрашивается аналогия с приснопамятными «призывами ЦК КПСС», которые публиковались дважды в год, накануне революционных праздников. Нынешние «призывы» Gartner символизируют собой канун «пост-интернетовской» экономики, где решающим фактором является скорость принятия решений. Ниже приведены некоторые из них (замечу - наиболее содержательные).

• Чтобы добиться преуспевания в условиях "новой экономики", предприятия должны обнаруживать критически важные бизнес-события и предвестников этих событий.
• К 2006 году более чем 70% больших предприятий будут анализировать события в режиме реального времени (вероятность 0,8).
• В ближайшие три года предприятия, чтобы добиться эффективности в бизнесе, должны адаптировать приложения, ориентированные на сервисы (service-oriented business application, SOBA).

Не случайно в одном из докладов был сделан следующий вывод: «Хотя мы определяем предприятие реального времени как бизнес-цель, пока мы можем в основном говорить об ИТ. В то же время предприятие может развиваться без ИТ, а может деградировать и при наличии технологий; критичным является качество управления». Кто знает, может быть, сказано это было потому, что в Каннах в основном собираются не технические специалисты, а те, кто принимает решения, и эксперты Gartner стремились донести именно этой категории слушателей то, что они считают наиболее существенным - в адаптированной и более привычной для тех форме.

Необходимо сделать несколько уточняющих замечаний. Одно из них, может показаться чисто терминологическим, но не исключено, что как раз оно-то и имеет решающее значение. Мы переводим на русский язык два английских слова management и control одним словом - «управление». Первое в словаре Merriam-Webster определяется как «искусство» или «акт менеджмента», т.е. руководство чем-то» или надзор за чем-то. Второму ближе значение «регулирование». В подобной трактовке есть довольно тонкие терминологические различия, не случайно одну и ту же дисциплину называют и теорией автоматического регулирования, и теорией автоматического управления. Так вот, в обсуждении вопросов, связанных с RTE, обычно подразумевают только управление в смысле менеджмента, совершенно упуская аспект регулирования. Крен в сторону менеджмента приводит к странным последствиям, прежде всего к тому, что остаются за бортом достижения кибернетики и общей теории систем. Дискуссия ведется на своеобразном птичьем языке, состоящем из частных и совершенно конкретных понятий и действий, без должного уровня обобщения.

Второе замечание относится к постоянно повторяемому рефрену, утверждающему, что RTE - есть ничто иное, как реакция на требования со стороны бизнеса. В математике говорят об условиях необходимых и достаточных, делающих существование возможным. Потребность со стороны бизнеса можно признать условием необходимым, а достаточное условие - это уровень развития науки и технологий. До последнего времени не было технологической возможности построить полноценную автоматизированную систему управления предприятия, работающую в реальном времени. Известен постулат теории управления, система управления должна быть адекватна по сложности управляемому объекту, только сейчас, когда появились современные сетевые инфраструктуры и компьютеры, сформировалась техническая возможность построить RTE. Только последние годы сложился комплекс технологий, начиная от идентификации продуктов средствами радио (Radio frequency identification, RFID) и идентификации персонала (Identity Management) и до портальных технологий, хранилищ данных и бизнес-интеллекта (Business Intelligence, BI), который позволяет собрать требуемую систему.

В 60-е - 70-е годы в СССР предпринимались наивные попытки создания Автоматизированных Систем Управления предприятиями. Тогда они были обречены на неудачу в силу определенных социальных условий и слабости технической базы. К тому же, задумывались АСУ людьми с глубоким образованием и кибернетическим видением решаемых проблем, но вне экономических категорий. Однако идея автоматизации была привлекательна. Далеко не случайно столь популярно было тогда использование кибернетики во всевозможных названиях (нередко доходило до анекдотов, например, автору довелось видеть рукопись книги с названием «Юридическая кибернетика»). Прошли годы и примерно те же мысли возрождаются под лозунгом «Предприятие, работающее в реальном времени» - увы, в другом месте. Сейчас их апологетами стали специалисты с инженерным стилем мышления. Их попытки, в том виде, как они представляются, скорее всего, точно так же обречены на неудачу. Вот, если бы появилась возможность скрестить АСУ и RTE... Впрочем, кто знает?

Из истории обратной связи

Вся история развития технологий непосредственно связана с использованием принципов обратной связи в управлении. Ее можно условно разделить на три периода: античный период, период Ренессанса и промышленной революции в Европе и современный период, начавшийся в десятые годы XX века.

Первыми известными приборами, где использовалась обратная связь, были греческие водяные часы, датированные III веком до нашей эры. Примерно в то же время Филон Византийский сконструировал масляную лампу, где механизм обратной связи позволял поддерживать постоянный уровень масла. В начале первого тысячелетия великие механики Греции - и особенно успешно Герон Александрийский - внесли ряд усовершенствований в водяные часы и создали множество различных приспособлений, связанных с подачей вина и других жидкостей. Известны также приспособления, сделанные арабскими и китайскими механиками во второй половине первого тысячелетия.

Одним из первых приборов, где использовалась обратная связь, были часы, где движение стрелок соотносилось с «тактовым генератором», в роли которого выступали разного рода маятники. Правда, назвать часы (механические или электронные) в полном смысле механизмом с саморегулированием нельзя, поскольку периодически, будучи и программным устройством, они убегают или отстают, нуждаясь в коррекции. Наиболее значительным изобретением, вошедшим в историю обратной связи и одним из самых существенных для свершения промышленной революции, стал центробежный регулятор, предложенный Джеймсом Уаттом для ограничения скорости вращения вала паровой машины. Аналогичные, но более примитивные устройства применялись в ветряных мельницах. Известна точная дата рождения регулятора - это случилось 28 мая 1788 года. Именно с этого момента началась настоящая эра пара в промышленности. Первые попытки использовать энергию пара предпринимались гораздо раньше; это были так называемые паро-атмосферные машины. В 1712 году такую машину построил Томас Ньюкомен; русский механик Иван Иванович Ползунов создал аналогичную машину в 1766 году. Однако эти машины не получили широкого распространения, поскольку не могли работать в автоматическом режиме - им нужен был регулятор в лице человека и, как следствие, у них был низкий коэффициент полезного действия.

Стоит заметить, регулятор Уатта был не единственным прибором с обратной связью. Известны регуляторы температуры, созданные Иоганном Кеплером, Рене Реамюром и другими учеными в XVII и XVIII веках, разнообразные регуляторы потоков, давления. Однако в историю вошел, прежде всего, именно прибор, созданный Уаттом. Несмотря на свою кажущуюся простоту, принцип работы регулятора был объектом изучения на протяжении всего XIX века. Первые серьезные математические работы, посвященные анализу обратной связи, принадлежат британскому астроному Г.Б. Эйри, который использовал обратную связь для стабилизации телескопа. Важный вклад в теорию стабилизации сделал Джеймс Максвелл, который использовал аппарат дифференциальных уравнений для описания движения. Независимо от него аналогичную работу выполнил русский ученый И.И. Вышнеградский. Первым, кто создал предпосылки к современной теории управления, был А.М. Ляпунов; он строил свои исследования на основе нелинейных дифференциальных уравнений. Случилось так, что работы Ляпунова оставались неизвестными мировому сообществу до 60-х годов прошлого века.

Очередная промышленная революция конца XIX - начала XX века дала новый импульс к созданию приборов, использующих обратную связь. Важной областью их применения стала авиация. То, что первыми полет на аппарате тяжелее воздуха совершили братья Райт, известно всем, но почему именно они, в чем смысл их изобретения? Решающую роль сыграл тот факт, что они смогли использовать принцип обратной связи в управлении с целью стабилизации полета. Братья Райт предложили управляемое крыло, для чего включили в конструкцию крыла элероны, работой которых обеспечивается стабильность. В 1914 году для управления элеронами американцем Элмером Сперри был впервые использован гироскоп, который первоначально задумывался для кораблевождения. Применение гироскопа для управления полетом выглядело весьма эффектно. Над летным полем пилот (сын Сперри) и механик оставили управление и вышли на плоскости аэроплана, который продолжал свой полет в автоматическом режиме.

Электроника позволила создавать более эффективные системы управления по сравнению с механическими устройствами. На первых ламповых усилителях были изучены основные принципы, были выявлены две категории обратной связи - положительная и отрицательная. Эти работы выполнялись, в том числе, и в Калифорнии, и они привели, в конечном счете, к созданию мирового компьютерного центра, Кремниевой долины. Особую роль в исследования отрицательной обратной связи сыграл Гарри Найквист. Потомок эмигрантов из Швеции, он был разносторонним исследователем. Ему мы обязаны идеям фототелеграфа, которые сегодня воплощены в современных факсах, но в историю техники он вошел благодаря работам, связанным с обеспечением стабильности усилителей. Критерии Найквиста и теорема Найквиста, созданные в 1932 году, вошли во все вузовские курсы электроники.

В 40-е годы на обратную связь распространились статистические методы. В США пальма первенства принадлежит Норберту Винеру, он работал в исследовательской лаборатории Массачусетского технологического института. Несколько раньше результаты по применению вероятностных методов в управлении были получены А.Н. Колмогоровым, но по соображениям секретности они стали широко известными намного позже. В СССР была создана одна из лучших в мире школ по теории автоматичного управления, она насчитывала десятки имен ученых мирового класса. Не случайно, первая конференция Международной федерации автоматического управления IFAC состоялась в Москве в 1960 году.

Пионером в области практического использования гироскопов был П.П. Шиловский, удивительнейшая личность: ему удалось совмещать инженерную деятельность с обязанностями костромского губернатора. Он создал, построил в 1914 году и сам испытал двухколесный автомобиль с гироскопической стабилизацией. Вслед за этим им были разработаны приборы для управления огнем, для стабилизации полета самолетов и даже проект монорельсового поезда.

Закон - отражение объективных и устойчивых связей, проявляющихся в природе, обществе, человеческом мышлении. Эти связи могут носить всеобщий и частный, количественный и качественный характер, относиться к законам функционирования и законам развития, динамическим и статическим законам.

Близким, но не аналогичным понятию "закон" является понятие "закономерность" , отражающее логику и последовательность в явлениях, которые относятся к определенному месту и времени. В основе закономерностей лежат количественные и качественные зависимости между ними. Зависимость есть отношение одного явления к другому как следствия к причине.

Таким образом, прослеживается явная взаимосвязь между зависимостью как причинно-следственным отношением одного явления к другому, закономерностью как объективно существующими устойчивыми связями между явлениями, их причинами и следствиями и законами, отражающими общие, устойчивые, повторяющиеся отношения между явлениями.

Все это непосредственно относится к законам организации и характеризует их как выявление устойчивых организационных связей целого.

Основным законом организации является закон синергии , который заключается в том, что сумма свойств организованного целого превышает "арифметическую" сумму свойств каждого из его элементов в отдельности . Закон синергии можно рассматривать в определенном смысле как проявление свойства эмерджентности применительно к организации как системе. Отдельные науки по -своему объясняют появление дополнительного эффекта. Менеджер видит усиление эффекта за счет разделения и кооперации труда. Психолог подчеркивает, что уже самый обыкновенный контакт вызывает соревнование, запускает волевые механизмы самоутверждения, что в конечном счете может приводить к повышению производительности труда. Физиолог указывает, что соединение двух сил позволяет преодолевать препятствия, каждую из них в отдельности превышающие. Основательность закона синергии определяется тем, что действие других законов организации в конечном счете направлено на достижение более высоких значений синергического эффекта.

Закон наименьших проявляется в том, что структурная устойчивость целого определяется его наименьшей частичной устойчивостью . Этот общеорганизационный закон относится к любым видам целостных образований в природе и обществе. Наглядным примером проявления закона наименьших является элементарная цепь, которая состоит из звеньев неодинаковой прочности и рвется там, где находится наиболее слабое в отношении ее прочности звено. При принятии управленческого решения логическая цепочка доказательств рушится, если хотя бы одно из ее звеньев не выдерживает ударов критики. Организация прекрасно работает, пока одно из ее звеньев (в отличие от других) не перестанет получать и перерабатывать информацию, необходимую для успешного бизнеса.

Так, закон наименьших относительных сопротивлений определяет, в частности, судьбу социальных систем, их сохранение, их частичное или полное разрушение из-за разнообразных и сложных воздействий.

Закон самосохранения означает, что любая реальная организованная система стремится сохранить себя как целостное образование . Важнейшим условием сохранения системы является обеспечение ее равновесного функционирования. Равновесное состояние организации предполагает непрерывное поддержание энтропии системы на низком уровне, постоянное противодействие разрушающим порядок факторам.

С функционированием, ростом и развитием организации связана проблема статического и динамического равновесия. Организация находится в статическом равновесии, если ее структура со временем не меняется. Она проводит соответствующие мероприятия для того, чтобы приспособиться к окружающей среде. Такой вид равновесия получил название гомеостатического . При динамическом равновесии структура организации меняется, появляются новые подразделения , а иногда и новый бизнес. Организация не только приспособилась к требованиям среды, но и дала среде новую информацию, новый импульс для развития. В данном случае равновесие становится морфогенетическим . С законом самосохранения связано такое свойство систем, как устойчивость (см. главу 2).

Различают три типа устойчивости организации:

1. внешний;
2. внутренний;
3. унаследованный.

Первый достигается внешним управлением, т. е. государственным воздействием на факторы внешней среды - рыночные, географические и др. В условиях плановой системы хозяйствования устойчивость производственно-экономических структур достигалась в основном внешними факторами, т. е. любые дестабилизационные процессы гасились извне. Механизмы приведения системы в стабильное состояние могли быть самыми различными: дополнительная экономическая поддержка , корректировка планов и др. Следовательно, проблема устойчивости организации существовала, просто она перемещалась на более высокий уровень (отраслевой, региональный, государственный). Устойчивость организации обеспечивалась гашением любых несанкционированных отклонений в системе включением механизмов государственного управления экономикой.

В нынешних условиях помимо внешних требуются внутренние механизмы обеспечения устойчивости функционирования организации. Речь идет о функционировании самоорганизующихся систем, когда управление организацией происходит на основе анализа собственных действий в окружающей среде. Внутренняя устойчивость организации определяется ее своевременным и рациональным реагированием на изменение внешней среды. Теоретические аспекты понятия внутреннего устойчивого равновесия организации на практике обычно проявляются в оценке финансовой устойчивости, определяемой в первую очередь сбалансированностью денежных потоков.

Кроме того, устойчивость организации достигается за счет "унаследованного управления", т. е. формирования, сохранения и развития внутренней прочности, внутреннего потенциала.

Действительная же, практическая устойчивость системы зависит не только от количества сконцентрированных в ней активностей, но и от способа их сочетания , характера их организационной связи. Поэтому говорят о структурной устойчивости, которая всегда может быть выражена количественно. Так, сравнивая две разные социально-экономические системы, можно обнаружить, что одна из них по своему строению является более приспособленной к окружающей среде, чем другая, т. е. структурно более устойчива. Например, экономический кризис, разрушая множество наиболее слабых или наименее целесообразных организаций, для других оборачивается сокращением объема работ . В результате с завершением кризиса экономические системы могут оказаться "оздоровленными". При этом очевидны и негативные моменты кризиса: рост безработицы, крах предприятий и т. п. Поэтому говорят об относительном характере динамической устойчивости.

Суммарная устойчивость системы - сложный результат частных устойчивостей разных ее частей по отношению к направленным. При этом, как известно, устойчивость зависит от наименьших относительных сопротивлений всех частей во всякий момент. Это показывает взаимосвязь законов организации.

Закон информированности - упорядоченности определяет, что в организованном целом не может быть больше порядка, чем информации .

Как было сказано, обоснование фундаментальной роли информации в окружающем нас мире явилось принципиальным выводом кибернетики. Информация стала унифицирующим понятием, определяющим действия организованных систем. Сегодня для принятия правильного рационального решения по упорядочиванию организационных связей необходимо много разнообразной информации, что дает выбор системе. Следовательно, информированность - залог порядка. Для оценки разнообразия объекта служит понятие энтропии. Применительно к теории информации энтропия означает меру разнообразия, меру неопределенности. Информация противодействует тенденции системы к дезорганизации и увеличению энтропии, тем самым способствуя переводу системы в более организованное состояние.

Таким образом, внутренняя организованность целого предопределена возможностями по преодолению информационной неопределенности в системе.

Закон пропорциональности - композиции отражает необходимость определенного соотношения между частями целого, их соразмерности и соответствия. Эффективное функционирование требует согласования целей, которые должны быть направлены на достижение некой общей цели.

Закон пропорциональности действовал и в глубокой древности, например при строительстве пирамид. Современные ученые подтверждают уникальность этих сооружений с точки зрения их пропорций по отношению к Солнцу, Луне, хотя многих приборов в те времена не существовало. В зодчестве правильные формы обеспечивают гармонию, красоту и равновесие форм, в экономике невозможно обойтись без балансов, методов оптимизации и т. д. В теории организации закон пропорциональности - композиции важен прежде всего с точки зрения упорядочивания личных целей субъектов организационного процесса с целями собственно организации. Он подчеркивает, что для сохранения целостности организации, ее выживания в среде при воздействии внутренних деструктивных процессов каждый член организации должен идентифицировать себя с организацией и влиять на ее устойчивость . Именно человек способен привносить изменения в организацию. Характерный для открытых систем закон Л. Берталанфи гласит, что для открытых систем всегда существует не один, а несколько способов достижения одного и того же результата, одного и того же состояния, подчеркнем, пропорционального, увязывающего все шаги в определенную композицию.