Лекция № 12 Сетевые информационные технологии. (2ч.)

В 60-х гг. появились первые вычислительные сети ЭВМ. По сути, они произвели своего рода техническую революцию, сравнимую с появлением первых ЭВМ, так как была осуществлена попытка объединить технологию сбора, хранения, передачи и обработки информации на ЭВМ с техникой связи.

Одной из первых сетей, оказавших влияние на дальнейшее развитие сетевых технологий, явилась ArpaNet (сеть АРПА), созданная пятьюдесятью университетами и фирмами США. Она «родилась» в1969 году, когда три ЭВМ в Лос-Анджелесе, Санта-Барбаре и Мендоу-Парке объединились в сеть. Затем она охватила всю территорию США, часть Европы и Азии. Сеть АРПА показала техническую возможность и экономическую целесообразность разработки больших сетей для более эффективного использования ресурсов ЭВМ и программного обеспечения.

В Европе сначала были разработаны и внедрены международные сети EIN и Евронет, затем появились национальные сети. В 1972 г. В Вене была создана сеть МИПСА, в 1979 году к ней присоединились 17 стран Европы, СССР, США, Канада. Япония. Она была создана для проведения фундаментальных работ по проблемам энергетики, продовольствия, сельского хозяйства, здравоохранения и т. д. Кроме того, она создала технологию, позволяющую всем национальным институтам развивать компьютерную связь друг с другом.

В СССР первая сеть разработана в 60-х гг. в системе Академии наук в Ленинграде. В 1985 г. к ней подсоединилась региональная сеть «Северо-запад» с центрами в Риге и Москве. В 1980 г. была сдана в эксплуатацию система телеобработки статистической информации СТОСИ, обслуживавшая Главный вычислительный центр Центрального статистического управления СССР в Москве и республиканские вычислительные центры в союзных республиках.

Локальные вычислительные сети (ЛВС) получили наибольшее распространение с появлением персональных компьютеров. Они позволили поднять на новую ступень управление производственными объектами, повысить эффективность использования ре­сурсов ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, начать внедрение безбу­мажной технологии, создать новые технологии распределенной обработки информации. Объединение ЛВС и глобальных сетей позволило получить доступ к мировым информационным ресурсам.

Введем ряд понятий.

Сетевые информационные технологии – совокупность аппаратно-программных средств вычислительного и теле коммуникационного назначения, способствующая обмену данных между абонентами сети, а также обеспечивающая возможность их доступа к информационным ресурсам распределенной базы данных.

Сетевые технологии включают:

• офисные технологии;

• файловые технологии;

• системы автоматизации документооборота;

• системы телеконференций;

• клиент-серверные технологии;

• гипертекстовые технологии;

• мультимедийные технологии.

ЭВМ, объединенные в сеть, делятся на основные и вспомогательные.

Основные ЭВМ - это ЭВМ пользователя (клиенты). Они выполняют все необходимые информаци­онно-вычислительные работы и определяют ресурсы сети.

Вспомогательные ЭВМ (серверы) служат для преобразования и передачи информации от одной ЭВМ к другой по ка­налам связи и коммутационным машинам (hоst-ЭВМ). К мощности серверов предъявляются повышенные требования.

Сервер - это специализированный компьютер, выполняющий функции по обслу­живанию клиента. Сервер распределяет ресурсы системы: принтеры, базы данных, про­граммы, внешнюю память и т.д. Существуют сетевые, файловые, терминальные, серверы баз данных, почтовые и др.

Сетевой сервер поддерживает выполнение функций сетевой операционной системы: управление вычислительной сетью, планирование задач, распределение ресурсов, доступ к сетевой файловой системе, защиту информации.

Клиент (клиентское приложение) - это приложение, посылающее запрос к сер­веру. Клиент отвечает за обработку и вывод информации, а также за передачу запросов серверу. ЭВМ клиента может быть любой. В настоящее время клиентом называют и пользователя, и его компьютер, и приложение.

Ноst-ЭВМ - сервер, установленный в узлах сети и решающий вопросы коммутации и доступа к сетевым ресурсам: модемам, факс-модемам, серверам и др.

Единицами обмена данными в сетях являются сообщения и пакеты. Сообщение порция информации, представленная в виде последовательности символов и предназна­ченная для передачи по сети. Пакет - часть сообщения, удовлетворяющая некоторому стандарту.

Коммутационная сеть образуется множеством серверов и hоst-ЭВМ, соединенных каналами связи, которые называют магистральными. В качестве магистральных каналов выступают телефонные, оптоволоконные кабели, спутниковая связь, беспроводная радиосвязь и др.

По способу передачи информации вычислительные сети делятся на сети коммутации каналов, сети коммутации сообщений, сети коммутации пакетов и интегральные сети. Первыми появились сети коммутации каналов. Это соединение должно оставаться неизменным в течение всего сеанса. При легкости реализации такого способа передачи информации его недостатки заключаются в низком коэффициенте использо­вания каналов, высокой стоимости передачи данных, увеличении времени ожидания других клиентов.

При коммутации сообщений информация передается порциями, называемыми сообщениями. Прямое соединение обычно не устанавливается, а передача сообщения начинается после освобождения нужного канала, пока сообщение не дойдет до адресата. Host­ЭВМ осуществляет прием сообщений, сборку, контроль правильности передачи, маршрутизацию, разборку и передачу сообщения. Достоинством коммутации сообщений является уменьшение стоимости передачи данных. Недостатками - низкая скорость передачи данных и невозможность про ведения диалога между клиентами.

При коммутации пакетов обмен производится короткими пакетами фиксирован­ной структуры. Малая длина пакетов предотвращает блокировку линий связи, не дает расти очереди пакетов в узлах коммутации. Она обеспечивает быстрое соединение, низкий уровень ошибок, надежность и эффективность использования сети. Но при передаче паке­тов одного сообщения возникают задачи маршрутизации. Пакеты, поступившие в хост­ЭВМ, передаются по первому свободному каналу (рис.2.2). Поэтому пакеты одного сооб­щения могут перемещаться разными путями. Существует множество алгоритмов выбора маршрута передачи пакетов. В настоящее время вопросы маршрутизации решены программно-аппаратными методами. Разработаны устройства для соединения однотипных и разнотипных сетей, например, маршрутизаторы, шлюзы.

Сети, обеспечивающие коммутацию каналов, сообщений и пакетов, называются интегральными. Они объединяют несколько коммутационных сетей. Часть интегральных каналов используется монопольно, то есть для прямого соединения как в сети ком­мутации каналов. Прямые каналы создаются на время проведения сеанса связи между различными коммутационными сетями. По окончании сеанса прямой канал распадается на независимые магистральные каналы. Интегральная сеть эффективна, если объем ин­формации, передаваемой по прямым каналам, не превышает 10-15% от общего объема передаваемых сообщений.

При объединении разнородных ЭВМ в сеть возникает много проблем. Необходимо согласовать взаимодействие ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и других устройств. Они были решены посредством применения многоуровневой системы протоколов. Для стандартизации протоколов была создана международная организация стандартов ISO (Intemational Standard Organization). ISO ввела понятие архитектуры открытых систем. Большая система разбивается на уровни. Уровни представляют собой самостоятельные системы, взаимодействующие между собой по определенным правилам. Сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Каждая из них выполняет свои функции.

Сетевую технологию обеспечивает сетевая операционная система. Сетевой операционной системой называют реализацию протоколов и интерфейсов совместно с реализацией управления серверами. Часть протоколов реализуется программно, часть - сетевыми серверами. Наиболее популярными сетевыми операционными системами являются Windows NT и Linux, совместимая с 2000 года с приложениями Unix.

Существуют следующие виды сетей.

Локальная сеть (LAN) объединяет компьютеры в пределах одного предприятия. Существует большое число разновидностей локальных сетей. Наиболее перспективными являются сети интранет, объединяющие локальные сети корпорации посредством протоколов TCP/IP и НТТР, реализующих конвергенцию (слияние, объединение) сетевой и ги­пертекстовой технологии.

Региональные сети (МАN) могут объединять локальные сети по географическим (город, область, регион) или тематическим признакам.

Региональные сети страны, континента, всего мира объединяются в глобальные сети.

Сети делятся на общественные, частные и коммерческие.

По признаку специализации сетевые технологии подразделяются на универсальные, предназначенные для решения всех задач пользователей, и специализированные – для решения небольшого количества специальных задач. Примером специализированной технологии служит технология резервирования мест на авиационные рейсы. Классическим примером универсальной технологии является Академсеть Российской Федерации, предназначенная для решения большого количества разнообразных информационных задач.

Выделяемые по способу организации двухуровневые технологии имеют кроме ПК, с которыми непосредственно общаются пользователи и которые называются рабочими станциями, специальные компьютеры, называемые серверами. Задачей сервера является обслуживание рабочих станций с предоставлением им своих ресурсов, которые обычно существенно выше, чем ресурсы рабочей станции. Их взаимодействие можно представить следующим образом. По мере необходимости рабочая станция отправляет серверу запрос на выполнение каких-либо действий: прочитать данные, напечатать документ, передать факс и др. Сервер выполняет требуемые действия и посылает «отчет о проделанной работе». В зависимости от вида работы, для которой предназначен сервер, он называется по-разному:

• файловый сервер, если он выполняет простые операции чтения–записи данных из файлов;

• принт-сервер, если он выполняет операции печати;

• SQL –сервер, если он выполняет сложные операции поиска и извлечения данных из баз данных (запросы к такому серверу формируются на специальном языке SQL – структурированном языке запросов).

В одноранговой технологии (одноуровневой) функции рабочей станции и сервера совмещены – пользовательский ПК может быть одновременно и сервером, и рабочей станцией. Каждый ПК в состоянии предоставлять другому ПК свои ресурсы или, наоборот, запрашивать их у другого. Разумеется, в системе «клиент-сервер» за счет специализации работ достигается более высокая производительность сети, шире ее спектр и качество услуг. Однако одноранговые сети дешевле и проще в эксплуатации.

По способу связи осуществляется классификация коммуникаций (каналов передачи данных), обеспечивающих движение информации между элементами сети.

В проводных технологиях в качестве физической среды в каналах используются: плоский двужильный кабель; витая пара проводов; коаксиальный кабель; световод.

Беспроводные сетевые технологии, использующие частотные каналы передачи данных (средой является эфир), представляют в настоящее время разумную альтернативу обычным проводным сетям и становятся все более привлекательными. Самое большое преимущество беспроводных технологий – это возможности, предоставляемые пользователям портативных компьютеров.

В спутниковых технологиях физической средой передачи данных также является эфир. Использование спутников оправдано в случае значительного удаления абонентов друг от друга при чрезмерном ослаблении посылаемых электромагнитных сигналов с большими посторонними шумами. Чтобы сигналы, направленные отправителем, не смешивались с аналогичными к получателю, при работе со спутником прокладываются два частотных канала – один для отправителя, другой для получателя, что позволяет избежать ошибок при передаче информации.

По составу ПК сетевые технологии классифицируются на однородные и неоднородные.

Однородные сетевые технологии предполагают увязку в сети однотипных средств, разрабатываемых одной фирмой. Подключение к такой сети средств других производителей возможно только при условии соблюдения в них стандартов, принятых в однородной архитектуре.

Другой подход состоит в разработке единой универсальной сетевой технологии независимо от типов применяемых в нем средств. Такие технологии называются неоднородными. Первым стандартом таких сетей была базовая эталонная модель ВОС (взаимосвязи открытых систем – OSI/ISO).

В зависимости от принадлежности вычислительные сети подразделяются на сети общего назначения и корпоративные вычислительные сети. В сетях общего назначения производственная принадлежность абонента не играет никакой роли. В частности, такой вычислительной сетью является сеть Internet. Корпоративные вычислительные сети создаются для обеспечения надежности обмена информацией, повышения скорости передачи данных между предприятиями одной отрасли. Примерами такой сети является университетская сеть передачи данных, сети финансовых организаций, сети военного назначения. В настоящее время большое число корпоративных сетей используют принципы обмена информацией, применяемые в сети Internet, например, гипертекстовые ссылки. Такие сети получили название Intranet.

Лекция № 13

Сети Интернет, Интранет. (1ч.)

Основные виды телекоммуникационных услуг. (1ч.)

Интернет

Сетью, способной объединить множество сетей и позволяющей войти в мировое сообщество, является INTERNET. Тип компьютера и используемая им ОС значения не имеют.

Толчком к разработке этой системы послужило создание в США в 1969 году вычислительной сети ARPAnet, разработанной и запущенной в эксплуатацию Агенством перспективных научных проектов при Министерстве обороны США.

В настоящее время единого владельца Internet нет. Каждая компания является хозяином своей части сети. Она обладает также необходимым программным и аппаратным обеспечением, с помощью которого производится обмен данными как внутри своей сети, так и в пределах Internet. Эта фирма обеспечивает и транзитное прохождение информации через свою сеть. В случае сбоев на каком-то участке сети, вся информация при возможности будет "обтекать" этот участок.

Обеспечение работоспособности Internet осуществляется на добровольной основе. Наиболее авторитетным органом, осуществляющим наблюдение за развитием сети и координацию работ по ее совершенствованию, является Общество развития Internet (ISOC - Internet Society). ISOC не имеет официальной власти, ее решения носят рекомендательный характер.

Сообщество Internet является на сегодня крупнейшей и наиболее динамично развивающейся глобальной информационной системой. Internet не имеет определенной организационной структуры и представляет собой некий конгломерат самостоятельных компьютерных сетей, созданных усилиями различных правительств, научных, коммерческих и некоммерческих организаций. Объединяет же их то, что все они используют базовые протоколы обмена TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Поэтому подключение к Internet на деле означает подключение к одной из телекоммуникационных сетей, поддерживающей протоколы TCP/IP и входящей в сообщество Internet.

Протокол TCP используется для быстрого обслуживания большого количества одновременно работающих пользователей, посылающих пакеты (сообщения).

TCP – протокол управления передачей сообщений, который слишком большие сообщения на станции отправления делит на фрагменты небольшого размера. Каждому фрагменту присваивается свой заголовок, в котором объясняется, частью чего (и какой по счету частью) данный фрагмент является. (Сеансовый уровень модели ВОС).

IP – основной протокол передачи данных по Internet. (Сетевой уровень модели ВОС)

Работа в Интернет тесно связана с понятием URL –Uniform Resource Locator – универсальным адресом ресурса. Адрес URL (его называют также адресом в Интернете или Web-адресом) является буквенным обозначением адреса ресурса, что, конечно, более удобно, чем цифровой адрес IP. В URL-адресе обычно можно выделить три части:

<имя протокола>://<имя домена>/<имя страницы>

Протоколом называется язык, на котором компьютеры могут разговаривать друг с другом. Протокол – это набор правил и стандартов, позволяющий осуществлять обмен информацией между компьютерами.

Именем протокола может быть:

HTTP (Hyper-Text Transmission Protocol): протокол передачи гипертекста, официальный протокол WWW. HTTP был разработан для эффективной передачи по Интернету веб-страниц. Протокол HTTP является основой системы World Wide Web.

Пример: http://www.piter.com

Вы отдаете команды HTTP, используя интерфейс браузера, который является HTTP-клиентом. При щелчке мышью на ссылке браузер запрашивает у web-сервера данные того ресурса, на который указывает ссылка, - например, очередной web- страницы.

FTP (File Transfer Protocol): протокол передачи файлов между компьютерами в сетях Internet; услуга, возможность обмена файлами с удаленным компьютером в Internet.

Пример: ftp://ftp.netscape.com

Telnet – с помощью этого протокола вы можете подключиться к удаленному компьютеру как пользователь и производить действия над его файлами и приложениями точно также, как если бы работали на своем компьютере. Telnet является протоколом эмуляции терминала. Работа с ним ведется из командной строки. Telnet-клиент поставляется, например, в комплекте Windows 98.

Для подключения надо набрать в строке ввода: telnet lib.ru

WAIS (Wide-Area Information Servers). Этот протокол был разработан для поиска информации в базах данных. Информационная система WAIS представляет собой распределенную базу данных, отдельные части которой хранятся на разных серверах. Сведения об их содержании и расположении хранятся в специальной базе данных – каталоге серверов. Просмотр информационных ресурсов осуществляется с помощью программы-клиента WAIS.

Пример: wais://site.edu

WAP (Wireless Application Protocol) был разработан в 1997 году группой компаний Ericsson, Motorolla, Nokia и Phone.com для того, чтобы предоставить доступ к службам Интернета пользователям беспроводных устройств – таких как, мобильные телефоны, карманные компьютеры и др. использующих различные стандарты связи. К примеру, ваш мобильный телефон поддерживает протокол WAP, то, набрав на его клавиатуре адрес нужной web-страницы, вы можете увидеть ее в упрощенном виде на дисплее телефона.