3.3. Организация обмена данными. Компьютерные сети

Неотъемлемой частью современных САПР являются компьютерные сети. Сетью называют группу соединенных компьютеров и других устройств. Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем, что позволяет им совместно использовать ресурсы. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Принцип работы более сложной компьютерной сети можно описать так. Сетевые адаптеры передают и получают сообщения, которыми обычно обмениваются компьютеры сети, а распространяются эти сообщения по кабелям. Однако набор этих устройств - это еще не сеть. Набор этих устройств становится сетью лишь в том случае, когда оговорены протоколы обмена сообщениями различных уровней. На нижнем уровне компьютеры связываются посредством пакетов (кадров). Подобный тип сети называется сетью с пакетной передачей.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью в совместном использовании данных. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае - копировать информацию на дискеты. При редактировании копий документа несколькими пользователями было очень трудно собрать все изменения в одном документе. Подобная схема работы называется работой в автономной среде.

Концепция соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия. Компьютеры, входящие в сеть, могут совместно использовать:

1) данные;

2) сообщения;

3) принтеры;

4) факсимильные аппараты;

5) модемы;

6) другие устройства.

7) Сети разделяются на два типа:

8) одноранговые (peer-to-peer);

9) на основе сервера (server based).

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера принципиальны, поскольку предопределяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

1) размера предприятия;

2) необходимой степени безопасности;

3) вида бизнеса;

4) доступности административной поддержки;

5) объема сетевого графика;

6) потребностей сетевых пользователей;

7) уровня финансирования.

В сети клиент/сервер каждый компьютер играет определенную роль: он может выступать как сервер или как клиент. Сервер предназначен для предоставления своих ресурсов всем клиентским компьютерам сети. В компьютер, который предполагается использовать в качестве сервера обычно устанавливают большее количество оперативной памяти, более быстрые жесткие диски, более быстрый процессор, чем в клиентском компьютере. Компьютер-клиент - это обычный ПК, который соединяется с сервером, а не с другим компьютером локальной сети. В сети клиент/сервер обеспечивается надлежащий уровень безопасности, более высокая производительность, резервное копирование данных, но стоимость создания и поддержки сети этого типа достаточно высока.

В одноранговой сети каждый компьютер может соединяться с любым другим компьютером, к которому он подключен. К такой сети может подключаться от двух компьютеров до нескольких сотен. Для построения сети необходимы следующие элементы:

1) физическое соединение компьютеров;

2) общий набор правил соединения, называемый протоколом;

3) программное обеспечение, с помощью которого можно разделить ресурсы между другими компьютерами, называемое сетевой операционной системой;

4) совместно используемые ресурсы;

5) программное обеспечение, с помощью которого можно получить доступ к совместно используемым ресурсам, называемое клиентским.

Физическую среду передачи информации в локальных вычислительных сетях предоставляет кабель. К настоящему времени известны три основных вида кабелей:

1. Витая пара (физически этот кабель состоит из четырех витых пар в оплетке, одна пара используется для передачи информации в одном направлении, вторая – в другом направлении, две оставшиеся пары предназначены для передачи служебных сообщений по сети, на практике иногда они не используются).

2. Коаксиальный (типа телевизионного).

3. Волоконно – оптический (физически это кварцевая нить в полимерной оплетке, оплетка предназначена для придания гибкости кабелю; передача информации по кабелю производится световыми излучениями с разной длиной волны, за счет чего образуется ряд информационных

При этом, в проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей:

- коаксиальный (двух типов):

- тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);

- толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).

- витая пара (двух основных типов):

- неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair - UTP);

- экранированная витая пара (shielded twisted pair - STP).

- волоконно-оптический кабель (двух типов):

- многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);

- одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).

При установке новой сети целесообразно применять кабель с витыми парами в рабочей группе. Оптоволоконные кабели - на длинных магистралях и для связи между зданиями. Тонкие коаксиальные кабели наиболее оправдано применять для организации низкоскоростых магистралей внутри монтажных шкафов (смотрите материал "Сложившаяся практика проектирования локальных сетей"). Реализацию модульного представления о кабельных сетях в настоящее время представляют структурированные кабельные системы (СКС). Для того, чтобы проектирование проистекало менее болезненно, а, главное, для того, чтобы в процессе эксплуатации было несложно модернизировать, расширить или даже перепрофилировать кабельную подсистему, ее желательно рассматривать в виде нескольких стандартизованных компонент - подсистем. СКС выделяют три таких подсистемы: горизонтальную подсистему, вертикальную подсистему и кампус (базовую подсистему - магистраль между зданиями.

Горизонтальная подсистема - это территориальная подсистема. Обычно основной объем работ по прокладкам кабеля приходится на нее. Подсистема рабочей группы и административная подсистема, как правило, являются ее составными частями. В зависимости от характеристик объекта, на котором она устанавливается (производственный цех, этаж административного здания, спортивный стадион, морской порт, выставочный павильон и т.п.), эту подсистему приходится проектировать на оптоволокне, защищенной или незащищенной витой паре, коаксиальном кабеле. Однако, в последнее время, для этих целей редко используется коаксиальный кабель. Обычно применяют витую пару или волоконно-оптический кабель.

Вертикальные подсистемы - территориальные подсистемы, служащие для подключения горизонтальных подсистем друг к другу. Обычно реализуются на базе коаксиального кабеля, защищенной витой пары или волоконно-оптического кабеля.

Административную подсистему, как правило, не выделяют в виде самостоятельной структуры. С одной стороны это правильно, но часто ее желательно обозначить перед Заказчиком как отдельную структуру. Административная подсистема кабельного монтажа - это функциональная подсистема. Ее назначение связывать подсистемы рабочих групп и горизонтальные подсистемы в единое целое. Она должна обеспечивать возможность установления резервных связей, подключение дополнительных рабочих мест и других подсистем. Нередко в рамках административной подсистемы требуется поддержка автономной системы энергоснабжения, голосовой и видио-связи. Одно из основных требований к административной подсистеме - гибкость и возможность увеличения мощности.

Базовые подсистемы служат для объединения вертикальных или административных подсистем друг с другом. В этом случае наиболее оправдано применение оптоволокна. В настоящее время на оптоволокне Ethernet работает с скоростями 10 Мбит/сек и 100 Мбит/сек, ожидается появление оборудования со скоростью 660 Мбит/сек (теоретическая пропускная способность оптических кабелей на сегодня оценивается цифрой 200 Гбит/сек). Как видно из вышесказанного, важнейшим показателем эффективности сети является скорость передачи информации, которая измеряется в Мбит/с, Гбит/с. Скорость передачи информации по витой паре составляет от 10 до 100 Мбит/с, по коаксиальному кабелю – от 0,5 до 10 Мбит/с, по волоконно–оптическому теоретически – сотни Гбит/с, практически – около 2 Гбит/с (за счет более низкой пропускной способности приемных и передающих устройств).

Битами в секунду измеряется эффективный объем информации, без учета служебных битов (стартовые/стоповые/четность), применяемых при асинхронной передаче. В некоторых случаях (при синхронной двоичной передаче) скорость в бодах может быть равной скорости в битах в секунду. Напомним, что под бодом (англ. baud) в связи и электронике понимается единица измерения символьной скорости, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду.

Кабели на витой паре и оптоволоконные кабели позволяют модернизировать сеть, переводя ее с 10 на 100 Mbit-ные технологии. Информационное обеспечение многих современных САПР обеспечивает Интернет (Internet) - это всемирное объединение сетей, шлюзов, серверов и компьютеров, использующееся для связи единый набор протоколов. Интернет предоставляет глобальный доступ к информации и ресурсам. Интернет возник из проекта Министерства обороны США, который назывался ARPANET (Advanced Research Project Agency Network). Этот проект был разработан как тест для сети с коммутацией пакетов. В ARPANET использовался протокол TCP/IP, который продолжает применяться в Интернете и сегодня. Сегодня темпы развития Интернета весьма впечатляющи, однако пользователи судят об этом в основном по набору услуг, которые он предоставляет. К наиболее популярным услугам Интернета относятся:

1) World Wide Web (WWW);

2) серверы File Transfer Protocol (FTP);

3) электронная почта;

4) новости;

5) Gopher;

6) Telnet.

Первые необходимые условия доступа к Internet - модем и телефонная линия. Однако, это не означает, что вы не можете получить прямой доступ к Internet через локальную сеть вашей компании. Помимо модема и телефонной линии, для работы в Internet необходимо соответствующее программное обеспечение. Прежде всего, это программа набора номера, которая “звонит” провайдеру и подключает ваш ПК к его системе. Кроме того, необходимы программы для собственно работы в Internet. Речь идет о Web-браузере (Internet Explorer) и программе электронной почты (Outlook Express). Обе эти программы входят в состав Microsoft Windows, начиная с Microsoft Windows 2000.

Вообще говоря, в Internet существует два типа программ: те, что предоставляют обслуживание (услуги), и те, что запрашивают обслуживание (услуги). Программа, которая предоставляет обслуживание, называется СЕРВЕРОМ, а программа, которая запрашивает обслуживание – КЛИЕНТОМ. Для передачи данных другому компьютеру их делят на электронные ПАКЕТЫ. При этом пакеты нумеруются и помечаются адресом компьютера-получателя. Чтобы система, подобная Internet, действовала, различные компьютерные программы, которые обеспечивают работу в Internet, должны быть в состоянии посылать и принимать данные в соответствии со стандартными техническими характеристиками. Такие руководящие принципы называются ПРОТОКОЛАМИ.

Для создания, модификации и поддержки Web-страниц применяют РЕДАКТОР WEB-СТРАНИЦ (WEB PAGE EDITOR). Существует два основных типа редакторов Web-страниц. Первый тип называется WYSIWYG-РЕДАКТОР.

Второй тип программ - РЕДАКТОР HTML (HTML EDITOR). HTTP – (Hypertext transfer protocol – Протокол передачи гипертекста) – это протокол, который используется для передачи данных между серверами и клиентами Web. Обозначение http сообщает браузеру, что запрашиваемый ресурс содержит гипертекст и доступ к нему должен осуществляться посредством протокола http. Подборка связанных Web-страниц, хранящихся на Web-сервере образуют Web-сайт. Каждый Web-сайт включает в себя домашнюю страницу, т.е. страницу, которая появляется, если ввести адрес сайта в Web-браузере. С домашней страницы ссылки ведут к другим страницам, ссылки с которых ведут к еще другим страницам.

После создания Web-страницы ее достаточно скопировать на Web-сервер и она станет доступной в Internet. Копирование Web-страницы называется публикацией.

Сам язык HTML довольно прост. Конструкции HTML называются тэгами. Для того чтобы браузер мог отличить их от обычного текста, они заключаются в угловые скобки. Тэг обозначает начало действия какой-либо инструкции отображения. Большинство тэгов парные, и второй тэг прекращает действие первого. Наименование тэгов и их параметров могут быть написаны в любом регистре как заглавными символами, так и строчными. В HTML, как и в любом языке программирования, нельзя обойтись без комментариев, содержимое которых не обрабатывается браузером и не отображается. Они служат лишь для удобства разработчика, для внутреннего документирования структуры текста. Комментарии располагаются между фрагментами  и .

Любая Web-страница структурно разбивается на две части: заголовок и тело. В заголовке указывается служебная информация обо всей Web-странице, а в теле Web-страницы мы описываем ее содержимое вместе с правилами его отображения. При этом заголовок Web-страницы ограничивается тэгами <head> и </head>, а тело документа обозначается тэгами <body> и </body>. Таким образом, структура любой Web-страницы выглядит следующим образом:

<!DOCTYPE HTML PUBLIC “-//W3C//DTD HTML 4.01//EN”

http://www.w3.org/TR/HTML4/strict.dtd>

<html>

<head>

Заголовок документа

</head>

<body>

Тело документа

</body>

</html>

Первый тэг <!DOCTYPE> со всеми его параметрами – это индетификатор, который сообщает браузеру, какая именно версия HTML была использована для создания данной Web-страницы.

Начальный блок Web-страницы с обозначением заголовка может выглядеть следующим образом:

<head>

<title> Заголовок Web-страницы </title>

</head>

Заголовком Web-страницы никогда не следует пренебрегать, т.к. это самое первое, что видит посетитель Web-сайта. Заголовок отображается еще до того, как произойдет окончательная загрузка содержимого страницы, поэтому выбирать его следует тщательно.

Следует отметить, что тэг <body> может содержать дополнительные параметры.

Чаще всего параметр представляет собой пару “наименование-значение”. Все текстовые значения параметров обычно заключаются в кавычки:

1) background дает возможность использовать в качестве фона какое-либо графическое изображение;

2) - text задает цвет шрифта, которым будет отображаться текстовое содержимое Web-страницы;

3) link позволяет устанавливать цвет, которым будут отображаться в окне просмотра браузера текстовые гиперссылки;

4) vlink задает цвет гиперссылок, которые пользователь уже просматривал в текущем сеансе работы;

5) alink определяет, какой цвет будет использоваться для отображения гиперссылок, выделенных пользователем;

6) lang указывает, на каком языке написано текстовое содержимое Web-страницы.

Вопросы для самоподготовки:

1. Что составляет информационный фонд САПР?

2. Для чего при автоматизированном проектировании используются базы данных?

3. Охарактеризуйте современные подходы для организации коллективной работы и обмена данными?