3.2. Комп'ютерні мережі і комп'ютерні комунікації

«Інформаційні і особливо мережеві технології - це найпотужніший інструмент, який коли-небудь створювала людська думка. Вони є новим механізмом реального економічного зростання, новим середовищем, яке примушує переглянути суть взаємостосунків між урядами, соціальними інститутами і комерційними структурами різних типів, а також між людьми, яким вони служать сьогодні і служитимуть завтра» - так визначив головний зміст нинішнього етапу розвитку ІТ президент корпорації IBM Лу Герстнер.

Комп'ютерна мережа - це сукупність комп'ютерів і інших засобів обчислювальної техніки (активного мережевого обладнання, принтерів, сканерів і ін.), з'єднаних за допомогою ліній зв'язку, мережевих плат і працюючих під управлінням мережевої операційної системи.

Комп'ютерні мережі створюються для того, щоб група користувачів могла обмінюватися даними і спільно використовувати одні і ті ж ресурси обчислювальної системи: пам'ять, програми, файли, принтери, модеми, процесори і ін. Суміжне використання ресурсів:

• економить витрати на придбання і експлуатацію апаратних засобів;

• збільшує ефективність використання даних.

Створення  комп'ютерної мережі вимагає суттєвих витрат: на придбання додаткового обладнання і програмних засобів, на монтаж і налаштування мережі, а також на її подальшу експлуатацію. Проте зараз як в державних, так і в приватних організаціях всього світу комп'ютерна мережа є швидше правилом, ніж виключенням.

У комп'ютерних мережах кожен абонент (клієнт, користувач, учасник) може використовувати різні типи комп'ютерів, модемів, ліній зв'язків і різні комунікаційні програми.

Компоненти комп'ютерної мережі

Робоча станція, клієнт, абонент або термінал – як правило, це персональний комп'ютер, що використовується для отримання і відправки інформації. Проте слід пям'ятати, що терміни «клієнт» і «абонент» мають подвійне значення: 1) користувач; 2) прикладна програма, що працює на робочій станції для представлення послуг з серверу якої-небудь мережі.

Модем – це пристрій, що переводить цифрові сигнали ПК в аналогові (працює як модулятор). Аналогові сигнали передаються по телефонних лініях і перетворюються в цифрові (працює як демодулятор). Модеми бувають зовнішні і вбудовані.

Лінії зв'язку. В якості ліній (каналів) зв'язку використовують: виділені лінії, комутовані телефонні лінії, канали супутникового зв'язку, оптиковолоконні канали, радіоканали і ін.

Виділені лінії (ще недавно вони були основними каналами зв'язку між комп'ютерами) надійні, мають хорошу швидкість передачі даних, але дорогі і неекономічні. Сьогодні виділені лінії використовуються в системах, де постійно потрібна термінова і надійна передача великих об'ємів інформації, наприклад в системах резервування квитків.

Найчастіше виділену лінію створюють за допомогою кабелю, який протягується від однієї з комутованих точок компанії, тобто виділена лінія забезпечує доступ до будівлі, де розташовується фірма-клієнт. Рідше в якості виділеного каналу застосовують окрему телефонну лінію, ще рідше (в місцях, розташованих далеко від інформаційних магістралей) - радіорелейні і супутникові канали. Можливий також комбінований доступ, наприклад за допомогою телефонного і супутникового або наземного і радіорелейного зв'язку. У будь-якому випадку підключення по виділеній лінії (покупка обладнання, прокладка зовнішнього кабелю і ін.) потребує суттєвих інвестицій.

Комутовані телефонні лінії стали найпоширенішими каналами зв'язку для комп'ютерних комунікацій (це обумовлено появою високоякісних модемів). Телефонні лінії широко поширені, порівняно дешеві і доступні, але швидкість передачі даних по них обмежена, і в Україні комутовані телефонні канали сильне зашумлені.

Недавно з'явилася нова технологія цифрових телефонних ліній DSL. Технологія DSL дозволяє по вже існуючим телефонним лініям передавати дані з такими ж швидкостями, як по оптичному волокну або по супутникових каналах - до 2-8 Мбіт/с. І коштує це набагато дешевше. За допомогою DSL користувач Інтернету одержує на свій комп'ютер повноцінне відеозображення, при цьому телефонна лінія залишається вільною для звичайних дзвінків.

Найшвидкісніші лінії зв'язку сьогодні - оптиковолоконні (мають швидкості до 10Гбит/с). Супутникові лінії активно розвиваються, але добитися таких швидкостей їм поки що не вдається. Наземні супермагістралі будують на базі електричних кабелів, оптичних кабелів і радіорелейних ліній. По електричних кабелях і радіорелейних лініях передають потоки з швидкістю до 500-600 Мбіт/с.

Сервер, або файл-сервер, або хост-комп'ютер, або головна машина мережі, забезпечує одночасну роботу декількох абонентів, обслуговуючи їх, зберігає передавану інформацію, забезпечує зв'язок з іншими мережами. Цей головний комп'ютер, через який зв'язуються між собою всі абоненти мережі, називається файловим сервером, файл-сервером або просто сервером (від англ. serve - обслуговувати), або хост-комп'ютером (від англ. host - господар), або головною машиною мережі. В якості головної машини використовують комп'ютер високої продуктивності, з великим об'ємом пам'яті на жорсткому диску. До нього під'єднують декілька ліній зв'язку, він постійно включений і готовий відповідати на запити абонентів мережі.

Сервери, у свою чергу, також можна зв'язати між собою. В результаті утворюється розгалужена комунікаційна система, що складається з декількох зв'язаних між собою вузлів.

Роботу серверу забезпечує спеціальна мережева програма, яка веде діалог з користувачем і підтримує всі діючі в мережі протоколи зв'язку.

Комунікаційна програма. Для злагодженої роботи комп'ютерів в мережі або для управління роботою мережі потрібна мережева операційна система.

Основна частина мережевої операційної системи (ОС) знаходиться на файл-сервері, а окремі елементи - на робочих станціях. На файл-сервері розміщують як основні файли, так і програми інформаційної системи.

Мережева ОС дозволяє розмежувати права доступу окремих користувачів до ресурсів мережі. Наприклад, одним може бути заборонений доступ до оновлення інформації про вартість туру, іншим - до читання якої-небудь інформації. Захист мережі – невід’ємна умова її працездатності, оскільки недосвідчений користувач може швидко зіпсувати всю інформацію на сервері.

Протокол зв'язку. В комп'ютерних мережах кожен абонент може використовувати різні марки комп'ютерів, типи модемів, лінії зв'язку, комунікаційні програми. Щоб все це різноманітне обладнання і програми працювали злагоджено, розроблені ієрархія (підпорядкованість) і технічні угоди (протоколи) по уніфікації форми представлення і способів пересилки повідомлень, процедур їх інтерпретації, спільної роботи різного обладнання в мережах.

По мірі розвитку засобів обчислювальної техніки і зв'язку кожні три-п'ять років з'являються нові технічні рішення, раніше затверджені протоколи переглядаються і на їх основі розробляються нові. Поява нового протоколу не відміняє дію старих. Кожен з абонентів мережі може вибрати, яким з протоколів він користуватиметься під час роботи в мережі. Цей вибір визначається технічними можливостями (комп'ютер, модем, лінії зв'язку, програмне забезпечення), які має в розпорядженні абонент, і міркуваннями щодо ефективності їх роботи.

Ефективно експлуатувати потужності комп'ютерної мережі дозволяє використання технології «клієнт-сервер».

В основі цієї технології лежить ідея розділити ключові функції по обробці інформації між програмою-додатком (клієнтом) і програмою управління базою даних - сервером баз даних.

Технологія «клієнт-сервер» - основний напрям сучасних розробок в галузі потужних інформаційних систем (особливо в туризмі).

При роботі з великими масивами інформації реальною є ситуація, коли до одних і тих самих даних звертаються одразу декілька користувачів, причому один читає, інший намагається видалити, а третій - обновляє їх, тобто програми на робочих станціях працюють фактично незалежно одна від одної. Кожна з програм, звертаючись до серверу за інформацією, передбачає зміну даних системи (оновлення, вставка, видалення) і захоплює весь інформаційний файл, навіть якщо їй потрібно всього декілька записів. Крім того, кожна програма встановлює власні правила захоплення і блокування інформаційних ресурсів (з метою не припуститися одночасної зміни одних і тих самих даних різними користувачами). Навантаження на мережу зростає, надійність ІС знижується.

При використанні технології (архітектури) «клієнт-сервер» сервер підтримує коректну роботу всіх робочих станцій, оптимізує обслуговування, підтримує цілісність і безпеку даних.

Сервери, клієнти, робочі станції

При роботі в мережі декількох комп'ютерів часто виникає описана нижче ситуація.

Програма, що працює на одному з комп'ютерів мережі, бажає одержати дані з файлів іншого комп'ютера, при цьому потрібна злагоджена робота двох програм:

1-а працює на тому комп'ютері, якому потрібні віддалені дані, 2-а - на комп'ютері, жорсткі диски якого містять потрібні файли.

Взаємодія між цими програмами відбувається за наступною схемою:

1-й комп'ютер	2-й комп'ютер
1. Посилає по мережі запит на відкриття файлу із заданим ім'ям.	1. Одержує запит, визначає ім'я файлу, який треба відкрити, відкриває файл на своєму жорсткому диску, посилає код відповіді, успішно чи ні виконано відкриття.
2. Одержує відповідь, якщо файл відкритий успішно, посилає запит на читання блоку із заданим номером.	2. Одержує запит на читання блоку, визначає із запиту номер блоку, який треба прочитати, читає блок з диска і вміст відправляє в мережу.
3. Одержує вміст блоку файлу, виконує необхідні операції з вмістом і починає нову операцію, наприклад запис у файл, посилає номер блоку і вміст, який треба записати.	3. Одержує запит на запис, визначає номер блоку і вміст, який треба записати. Виконує запис у файл і посилає відповідь про те, як пройшов запис.

Очевидно, що програма на 2-у комп'ютері працює в пасивному режимі - чекає надходження запиту від якої-небудь програми. Саме через цю особливість такі програми називаються серверами або сервісами.

Термін «сервер» сам по собі не говорить ні про що, крім того, що йдеться про програму, яка виконує чиїсь запити. Щоб визначити, що ж робить конкретний сервер, додається слово, що пояснює функціональне призначення серверу. Наприклад, файловий сервер, WEB-сервер, поштовий сервер, SQL-сервер і ін.

Чи обов'язково потрібна мережа, щоб використовувати термін «сервер»? Виявляється, ні. Програма, яка посилає запити і яку називають клієнтом (в нашому прикладі це 1-а програма), і сервер цілком можуть виконуватись на одній машині. Важливо, щоб клієнт передавав запити, а сервер їх виконував.

Часто термін «сервер» застосовують по відношенню не до програм, а до комп'ютерів. Якоюсь мірою це данина початковому етапу розвитку комп'ютерних мереж, на якому для виконання серверних програм застосовувались спеціальні операційні системи типу Novell. При цьому, якщо на комп'ютері була встановлена спеціальна ОС, то програми-клієнти на ньому виконуватись не могли. Такий комп'ютер і називали сервером.

Сучасні ОС стали універсальними, тобто під їх управлінням можуть виконуватись будь-які програми: і працюючі автономно, і взаємодіючі з іншою програмою в якості клієнта, і програми-сервери. При цьому з міркувань зручності та інформаційної безпеки часто вирішують, що один комп'ютер в мережі виконуватиме спеціалізовані функції (наприклад, вести базу даних підприємства). В таких випадках його називають сервером бази даних.

Важливо розуміти, що термін «сервер» по відношенню до програми вказує на те, що: 1) ця програма передбачає взаємодію з іншими програмами і 2) ця взаємодія будується за схемою: запит від програми-клієнта, виконання програмою-сервером і повернення результатів клієнту.

На відміну від звичайних програм, які запускаються, виконують певне завдання і закінчують роботу, програма-сервер запускається наперед і знаходиться в пасивному стані очікування запитів. Обробивши запит, що поступив, сервер чекає надходження наступного.

Термін «сервер» стосовно комп'ютерного обладнання («заліза»), як правило, вказує на функціональне призначення даного комп'ютера. Як правило це комп'ютер в мережі, що надає свої послуги іншим користувачам. В принципі ніщо не заважає встановити пакет Microsoft Office на найпотужніший сервер і працювати на ньому, як і на будь-якій робочій станції (нагадаємо, термін «робоча станція» застосовується до комп'ютерів, за якими працюють користувачі).

Файл-серверна і клієнт-серверна технології інформаційних систем

Системи, які використовуються в туристичному бізнесі, відносяться до класу інформаційно-управляючих систем (ІУС). Основою будь-якої ІУС є база даних - структуроване сховище інформації, необхідної для правильного функціонування системи.

Як приклад розглянемо систему продажу залізничних квитків для Києва, хоча сучасні системи здатні продавати квитки і на зворотний проїзд, і на поїздку з іншого міста.

Перед продажем квитків системі повинен бути відомий розклад руху потягів, список населених пунктів. По кожному потягу повинні бути визначені: кількість вагонів і місць, тип вагонів, кількість проданих і вільних місць в кожному вагоні.

Крім величезного об'єму інформації, необхідного для роботи системи, велику складність представляє і кількість робочих станцій в такій системі. Дійсно, залізничні каси розкидані по всьому місту, з кожної каси безперервно поступають запити на пошук місць на той або інший потяг та на бронювання або продаж квитків.

Наприклад, досить поширеною є наступна ситуація: на якийсь потяг залишився тільки один, останній квиток, і два клієнти звертаються одночасно в дві різні каси для покупки квитка на цей потяг. Система продажу квитків в цій ситуації повинна надійно блокувати продаж одного і того ж місця двом клієнтам.

Розробка ІУС різного призначення продовжується більше 30 років, тому існує безліч способів побудови таких систем і їхніх баз даних. Найчастіше використовуються два підходи, які одержали назви «файл-серверний» і «клієнт-серверний».

При файл-серверній реалізації ІУС база даних розміщується у вигляді файлів на вінчестері одного з комп'ютерів мережі. Сервери, розподільчим ресурсом яких є дискова пам'ять (або, інакше кажучи, файли, що зберігаються на вінчестері), називаються файл-серверами.

Програми користувачів працюють на робочих станціях і при необхідності звертаються до файлів серверу, в яких зберігається база даних системи. При цьому виникає багато проблем.

Файловий сервер обробляє величезну кількість запитів на обслуговування файлів, що вимагає багато часу. Користувачу доводиться чекати.

При одночасному зверненні декількох користувачів до одного файлу (наприклад, до бази даних турів) можуть виникнути проблеми з надійністю зберігання інформації, оскільки файловий сервер проводить зчитування/запис блоків даних, не контролюючи їх вміст.

Відповідно, некоректна робота клієнтського додатку може легко зруйнувати базу даних системи.

Технологія «файл-сервер»

Кожен клієнт звертається до БД - що і як цей клієнт виконує, повністю залежить від нього і від надійності всієї системи.

Між клієнтом і сервером відбувається обмін великою кількістю інформації, при цьому для зміни одного байта (наприклад, зайнятий номер чи ні) необхідно прочитати значно більший масив (в сотні раз більший), змінити цей один байт і знову записати інформацію на диск. Файл-серверні рішення можуть бути використані тільки у високошвидкісних мережах при обмеженій кількості (8-16) одночасно працюючих клієнтських додатків.

Технологія «клієнт-сервер»

Ця технологія хороша тим, що між базою даних і клієнтом стає посередник - SQL-сервер. Що ж таке SQL-сервер?

Починаючи з 80-х рр. розробляється спеціальна мова управління базами даних - Structured Query Language (мова структурованих запитів), яка в даний час має статус міжнародного стандарту (остання редакція затверджена в 1992 р.). Сьогодні SQL-сервер - це програма, яка здатна одержувати від програм-клієнтів запити, сформульовані на цій мові, а результати їх виконання відправляти назад клієнту.

Оскільки запити SQL точно вказують, який запис до таблиці бажає змінити клієнтський додаток, сервер може надійно контролювати допустимість необхідної операції.

Технологія «клієнт-сервер» дозволяє створювати комплекси, які найбільшою мірою відповідають вимогам до сучасної ІС:

• дружній інтерфейс (простота і зручність роботи з БД);

• продуктивність і безпека;

• простота і ефективність розробки додатків;

• відкритість архітектури і масштабованість, тобто можливість зміни апаратних засобів без зміни програм, розширення функцій, масштабів системи при збереженні попередніх фінансових вкладень, програмних напрацювань.

Багато фірм спеціалізуються на випуску промислових продуктів для архітектури «клієнт-сервер», головними з них є сервери баз даних і засоби розробки додатків (наприклад, VisualBasic фірми «Microsoft»).

Класифікація мереж

Локальна мережа - це мережа, що забезпечує передачу даних між абонентами одного офісу (будівлі).

Мережі, які охоплюють площі в тисячі кілометрів, одержали назву глобальних.

Корпоративна (відомча) мережа - це мережа, що забезпечує передачу даних між абонентами, що входять до складу певного відомства (найчастіше це територіально віддалені один від одного офіси). При необхідності корпоративна мережа підключається до мереж загального призначення (глобальних).

Intranet - це організація обміну даними між різними підрозділами однієї фірми (відомства) через мережу Internet.

Internet - сукупність всіх взаємозв'язаних локальних, корпоративних, глобальних мереж.

Нейромережі - подібно до біологічних, штучні нейромережі забезпечують паралельну обробку даних. В їх архітектурі на відміну від традиційного комп'ютера, заснованого на послідовному принципі роботи, немає розподілу на активний процесор і пасивну пам'ять.

Саме паралельність при обробці даних дозволяє природним нейромережам швидко вирішувати задачі, непосильні для найпотужніших суперкомп'ютерів.

Докладної інформації про розробку нейромереж немає, оскільки, по-перше, йдеться про потенційно місткий і висококонкурентний ринок, а по-друге, подібні технології застосовуються військовими. Але навіть та частка інформації, яку розробники вважають за можливе повідомити, не залишає сумнівів в тому, що почався новий виток технологічної гонки, у порівнянні з яким комп'ютерна революція виглядатиме одним з підготовчих етапів. Нейромережеві фірми були організовані дослідниками, які вчасно зрозуміли перспективи нейрокомп’ютингу і зуміли переконати в них інвесторів. Ринок нейропродукції зростає стрімкими темпами. За заявою Біла Гейтса, його корпорація збирається найближчим часом випустити нову операційну систему, 90% якої буде зайнято розпізнаванням образів. А за словами одного з топ-менеджерів «Intel», фірма серйозно готується до нового технологічного прориву, зокрема проводить дорогі дослідження в галузі біочипів, які, можливо, замінять в нейрокомп’ютерах звичайні залізні процесори.

Сьогодні нейрокомп’ютерні технології застосовуються для прогнозу ринків і виявлення прихованої інформації найбільшими банками, фінансовими і страховими компаніями. На ринку вже фігурує мережевий агент, що представляє собою індивідуального електронною секретаря, який, вивчивши інтереси і звички свого господаря, цілком може успішно замінити його при діалозі у Всесвітній павутині.

У туризмі сьогодні активно використовуються всі види мереж - локальні, корпоративні, Intranet, Internet, мережі загального користування типа Х25.

Мережі надають такі послуги, як електронна пошта, доступ до інформаційних і апаратних ресурсів, бронювання туристичних послуг, їх віртуальний продаж.

Сьогодні обов'язкова умова ефективної роботи турфірми - це комп'ютери, які з'єднані в локальну і корпоративну мережу, що має вихід в глобальну, і дозволяють активно використовувати ресурси апаратних і програмних мереж. Інформаційні і мережеві онлайн-технології дозволяють компаніям швидше за інших зібрати інформацію, обробити і проаналізувати її, ухвалити правильне рішення і, можливо, обійти конкурентів.