230

Глава 6. Сетевые и телекоммуникационные технологии в образовании

Информационный процесс обмена данными происходит в любой вычислительной системе. В персональном компьютере все основные информационные процессы (обработка, накопление и обмен информации) тесно связаны на основе общности среды передачи и устройств обработки и накопления.

В компьютерах любого класса информационные процессы предельно локализованы, их физическое протекание ограничено размером конструкции ЭВМ. Поэтому на физическом уровне представления информационных технологий компьютер может быть специализирован для выполнения отдельных технологических информационных процессов. В настоящее время созданы специальные ЭВМ, главное назначение которых – накапливать громадные объемы данных. Многопроцессорные архитектуры предназначены для максимизации производительности процесса обработки. Технологическая же природа процесса обмена данными в современных информационных технологиях такова, что не может быть реализована на одном специализированном компьютере. Выделению процесса обмена способствует бурное развитие вычислительных сетей.

Системы, состоящие из двух и более ЭВМ, разнесенных в пространстве и объединенных линиями связи, называют распределенными вычислительными системами или сетями ЭВМ. Именно в таких системах процесс обмена данными реализуется в наиболее полном виде и составляет основу функционирования открытых систем.

Вычислительные сети создаются в целях объединения информационных ресурсов нескольких ЭВМ. Совместное использование общих ресурсов сети породило такие понятия и методы, как распределенные базы и банки данных, распределенная обработка данных. В концептуальном плане вычислительные сети, как и отдельные компьютеры, являются средством реализации информационных технологий и их процессов.

6.1. Локальные и глобальные вычислительные сети

Вычислительные сети принято разделять на два класса: локальные вычислительные сети и глобальные вычислительные сети. Под локальной вычислительной сетью понимают распределенную вычислительную систему, в которой передача данных между ЭВМ не требует специальных устройств, а достаточно электрического соединения ЭВМ с помощью кабелей и разъемов. Обычно длина кабеля не превышает 1 км.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – совместное подключение нескольких компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. ЛВС – географически ограниченная (территориально или производственно) аппаратно-программная реализация, в которой несколько компьютерных систем связанны друг с другом последовательностью соответствующих средств коммутации. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими местами, подключенными к этой ЛВС. Посредством ЛВС в систему объединяются ПК, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместное оборудование, программные средства и информацию. Преимущества сетевого объединения следующие.

1. Разделение ресурсов: позволяет экономично использовать ресурсы, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

2. Разделение данных:предоставляет возможность доступа и управления БД с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

3. Разделение программных средств:предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. Разделение ресурсов процессора:дает возможность использовать вычислительные мощности для обработки данных двумя системами, входящими в сеть. Эта возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой станции.

5. Многопользовательский режим: содействует одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

6. Электронная почта:с ее помощью происходит интерактивный обмен информацией между рабочими станциями сети, а также с другими устройствами в ВС.

При использовании ЛВС можно утверждать, что прикладные программы практически не влияют на эффективность функционирования системы в целом. Обработка выполняется в рабочей станции на локальном уровне и не зависит от производительности ЦП сервера. Многотерминальная система с небольшим количеством РМ является более быстродействующей и производительной по сравнению с ЛВС.

Глобальные вычислительные сети объединяют ресурсы ЭВМ, расположенных на значительном удалении. В межкомпьютерные соединения добавляют специальные устройства, позволяющие передавать данные без искажения и по назначению. В глобальных вычислительных сетях, помимо кабельных линий, применяют и другие среды передачи данных. Наиболее популярной глобальной сетью в настоящее время является Интернет.

Отдельные локальные и глобальные вычислительные сети могут объединяться, и тогда возникает сложная сеть, которую называют распределенной сетью. Таким образом, в общем виде вычислительная сеть представляют собой систему ЭВМ, объединенных линиями связи и специальными устройствами, позволяющими передавать без искажения и переключать между ЭВМ потоки данных. Линии связи вместе с устройствами передачи и приема данных называют каналами связи, а устройства, производящие переключение потоков данных в сети, можно определить общим названием – узлы коммутации.

Скорость передачи данных в глобальных сетях обычно находится в пределах от 2 до 2000 Кбит/с. Скорость передачи данных в локальных сетях намного больше и составляет от 10 до 100 Мбит/с, а надежность установленных соединений существенно выше. Распределенные системы, построенные на основе локальных сетей, будут обеспечивать меньшее время реакции системы, чем системы, использующие глобальные сети.

Если классифицировать сети на основе метода выбора пути (или маршрутизации), то их можно разделить на широковещательные и одноадресные. В случае одноадресной сети при необходимости разослать сообщения всем узлам сети потребуется отправить несколько отдельных сообщений. В случае широковещательной сети все узлы получают все сообщения, однако в каждом из сообщений присутствует префикс, идентифицирующий узел-получатель, а все остальные узлы сети просто проигнорируют поступившее сообщение. Глобальные сети обычно строятся по одноадресному принципу, тогда как в локальных сетях, как правило, используется широковещательный принцип.

Международная организация стандартов (ISO) установила набор правил (или протоколов), регламентирующих способы взаимодействия систем. Выбранный подход состоит в разделении сетевого аппаратного и программного обеспечения на несколько уровней, каждый из которых предоставляет определенные услуги расположенным выше уровням, одновременно скрывая от них все подробности реализации нижних уровней. Протокол, получивший название «модель OSI» (OpenSystemInterconnection), предусматривает использование семи уровней, логически не зависящих от изготовителя оборудования или программ. Отдельные уровни отвечают за передачу последовательностей битов информации по сети, за установку соединений и контроль наличия ошибок, маршрутизацию и устранение заторов в сети, организацию сеансов связи между отдельными машинами и устранение различий в формате и способе представления данных в компьютерах различных платформ. Модель OSI, являясь международным стандартом для передачи данных, содержит семь отдельных уровней (табл. 1).

Таблица 1. Уровни функционирования вычислительных сетей

№	Уровень	Содержание
1.	Физический – битовые протоколы передачи информации	На этом уровне определяются электрические,, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. В качестве среды передачи используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.
2.	Канальный – формирование кадров, управление доступом к среде	Формирует из данных, передаваемых 1-ым уровнем, так называемые «кадры» или последовательности кадров. На этом уровне осуществляется управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.
3.	Сетевой – маршрутизация, управление потоком данных	Устанавливает связь в ВС между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличие сетевого адреса в пакете. Так же должен обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных.
4.	Транспортный – обеспечение взаимодействия удаленных процессов	Поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость ВС, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.
5.	Сеансовый – поддержка, диалога между удаленными процессами	Координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Содержит дополнительные функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмене связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.
6.	Представления данных – интерпретация передаваемых данных	Предназначается для интерпретации данных, а также для подготовки данных для пользовательского уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.
7.	Прикладной – пользовательское управление данными	На этом уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Для передачи информации по коммутационным ЛС данные преобразуются в цепочку друг за другом следующих битов («0» и «1»).

Основная идея этой модели в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легкообозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижестоящими называют протоколом. Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень. На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Для правильной и безошибочной передачи данных необходимо придерживаться согласованных и установленных правил. Все они оговариваются в протоколе передачи данных. Он требует определения следующих аспектов обмена информацией.

1. Синхронизация – механизм распознавания начала блока данных и его конца.

2. Инициализация – установление соединения между взаимодействующими процессами.

3. Блокирование – разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной длины.

4. Адресация – идентификация различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией.

5. Обнаружение ошибок – установка битов четности и вычисление контрольных битов.

6. Нумерация блоков – позволяет установить ошибочно передаваемую или терявшуюся информацию.

7. Управление потоком данных – для распределения и синхронизации информационных потоков. Так, например, если не хватает места в буфере устройства данных или данные недостаточно быстро обрабатываются в периферийных устройствах (например, принтерах), сообщения и/или запросы накапливаются.

8. Методы восстановления – используются после прерывания процесса передачи данных, чтобы вернуться к определенному положению для повторной передачи информации.

9. Разрешение доступа – для распределения, контроля и управления разграничением доступа к данным. Вменяется в обязанность пункта разрешения доступа.

Время, необходимое для доставки сообщения, зависит от размеров посылаемого сообщения и типа используемого сетевого соединения. Оно может быть определено по следующей формуле: . Здесь:– время передачи;– затраты времени на инициацию сообщения, называемые задержкой доступа;– количество бит сообщения;– скорость передачи. Технологии обмена данными должны быть организованы таким образом, чтобы сократить время передачи данных по сети и объем самих передаваемых данных.

С глобальными компьютерными сетями (особенно с Интернет) связаны такие понятия, как веб-страница (сайт), веб-обозреватель (браузер) и веб-дизайн. Данные три понятия связаны между собой неразрывно: веб-страница – часть ресурсов глобальной сети, веб-дизайн – технология создания веб-страниц, браузер – информационная система, позволяющая пользователю просматривать веб-страницы.

Веб-страница — документ или информационный ресурс Всемирной паутины, доступ к которому осуществляют с помощью веб-браузера. Веб-страницы обычно создают на языках разметки HTML или XHTML и могут содержать гиперссылки для быстрого перехода на другие страницы.

Информация на веб-странице может быть представлена в различных формах: текст, статические и анимированные графические изображения, аудио, видео, апплеты. Информационно значимое содержимое веб-страницы обычно называют контентом. Несколько веб-страниц, объединенных общей темой и дизайном, а также связанных между собой ссылками, и обычно находящихся на одном веб-сервере, образуют веб-сайт.

Динамическая страница — веб-страница, сгенерированная программно в отличие от статичной страницы, которые являются файлами, лежащими на сервере. Сервер генерирует HTML код для обработки браузером или другим агентом пользователя. Динамические страницы обычно обрабатывают и выводят информацию из базы данных. Наиболее популярные на данный момент технологии для генерации динамических страниц:

• PHP — Для серверов Apache и других под управлением GNU/Linux, других UNIX-подобных, и прочих ОС.

• JSP и Java Servlet  — Для серверов Apache, JBoss, Tomcat под управлением различных ОС.

• ASP.NET — Для Microsoft Windows серверов под управлением IIS.

Веб-обозреватель (браузер) – программное обеспечение для просмотра веб-сайтов, то есть для запроса веб-страниц, их обработки, вывода и перехода от одной страницы к другой. Браузеры постоянно развивались со времени зарождения Всемирной паутины и с её ростом становились всё более востребованными программами. В настоящее время браузер — комплексное приложение для обработки и вывода разных составляющих веб-страницы и для предоставления интерфейса между веб-сайтом и его посетителем. Практически все популярные браузеры распространяются бесплатно или «в комплекте» с другими приложениями: Internet Explorer (совместно с Microsoft Windows), Mozilla Firefox (бесплатно), Safari (совместно с Mac OS или бесплатно для Windows), Opera (бесплатно, начиная с версии 8.50), Google Chrome (бесплатно).

Таблица 1. Распространённые браузеры

№	Категории	Примеры
1.	Наиболее распространенные	Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Google Chrome, Opera
2.	Распространенные	ChromePlus, Mozilla, Netscape Navigator, Flock, Maxthon, Konqueror, SeaMonkey, Green Browser, Avant Browser, AOL Explorer, Galeon, Epiphany, Kazehakase, Charon, Arachne, Links2, slimbrowser, FastIE, MyBrowser, Dillo, K-Meleon, Arora
3.	Текстовые	Alynx,ELinks,Links,Lynx,Netrik,w3m,WebbIE,DosLynx
4.	Для портативных устройств	Internet Explorer Mobile, Mozilla Fennec, Opera Mobile, Opera Mini, Wapalta, Safari для iPhone

Веб-дизайн — отрасль веб-разработки и разновидность дизайна, в задачи которой входит проектирование пользовательских веб-интерфейсов для сайтов или веб-приложений. Веб-дизайнеры проектируют логическую структуру веб-страниц, продумывают наиболее удобные решения подачи информации, а так же занимаются художественным оформлением веб-проекта. В результате пересечения двух отраслей человеческой деятельности грамотный веб-дизайнер должен быть знаком с последними веб-технологиями и обладать соответствующими художественными качествами. В настоящее время под термином веб-дизайн понимают именно проектирование структуры веб-ресурса, обеспечение удобства пользования ресурсом для пользователей.

В настоящее время услуги веб-дизайна предоставляют как специальные компании, так и частные лица (веб-дизайнеры). Веб-дизайнер — сравнительно молодая профессия, и профессиональное образование в области веб-дизайна в России пока не распространено. В связи с увеличением спроса на Интернет, растет и спрос на дизайн сайтов, увеличивается количество веб-дизайнеров и таковым может работать человек, совершенно не связанный с дизайнерским образованием.

Веб-дизайн – творческий процесс. Но иногда дизайнер может предложить дизайн-решение на основе шаблонов, что ускоряет работу и обойдется заказчику дешевле. Некоторые дизайнеры даже специализируются на изготовлении дизайн-макетов для продажи в качестве готовых шаблонов, которые затем могут быть куплены и использоваться менее опытными дизайнерами или веб-мастерами для изготовления типовых сайтов (по сути, без уникального дизайна). Иной раз разработкой веб-дизайна называют небольшую перекомпоновку и адаптацию такого шаблона под конкретный заказ.

С компьютерными сетями и телекоммуникационными системами связаны такие информационные технологии, как социальные сети, электронная почта и доска объявлений, телеконференции и видеоконференции, а также распределенные базы данных. Рассмотрим их подробнее.