5.3. Компьютерные сети
Компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров, объединенных с помощью средств связи в единую систему с целью совместного использования информационных ресурсов, технических и программных средств. Из этого определения ясны преимущества сети по сравнению с применением компьютеров, не связанных друг с другом.
Во-первых, на любом предприятии постоянно обновляются данные, требуемые многим службам. Если, например, плановый или финансовый отдел обновит в своих файлах таблицы, отображающие текущую финансовую ситуацию, а на компьютерах других отделов эти таблицы останутся в прежнем виде, то противоречивость данных может привести к противоречивости принимаемых решений. Чтобы избежать таких коллизий, основные данные предприятия хранят в базах данных, доступных через сетевые коммуникации многим сотрудникам. Таким образом, сотрудники, работая на своих ПК, получают доступ к общим информационным ресурсам предприятия, для хранения которых чаще всего выделяется специальный мощный компьютер, называемый файл-сервером. Если же принять во внимание тот факт, что сетевые коммуникации обычно не замыкаются в пределах предприятия, а через телефонные или волоконно-оптические линии связи соединяются с глобальными сетями, то реальностью наших дней стало коллективное использование обширных информационных ресурсов всем человечеством.
Во-вторых, через сеть многие сотрудники предприятия получают доступ к дорогостоящим техническим устройствам, таким как высокопроизводительный лазерный принтер формата A3 или струйный плоттер формата A0. Такие устройства обычно приобретают в единичных экземплярах и подсоединяют к одному из компьютеров в сети. Если такой компьютер специально предназначается для печати документов, то его называют сервером печати (Print Server). Иногда в сети специально выделяют компьютер, присоединенный к телефонному каналу и укомплектованный модемом или факс-модемом (назначение модема далее поясняется). Такой компьютер называют почтовым сервером или факс-сервером (serve – обслуживать).
В-третьих, на любом серьезном предприятии постоянно ведется обработка больших объемов данных с помощью многочисленных многофункциональных программ – приложений. Эти приложения при системном подходе к делу опираются на общие правила формализованного хранения данных (обычно в многочисленных взаимосвязанных таблицах баз данных) и общие методы поиска данных и манипулирования ими. Эти методы реализуются в виде программных процедур в рамках так называемых систем управления базами данных (СУБД). Относящиеся к СУБД процедуры используются всеми основными приложениями с помощью специально созданного для этих целей языка структурированных запросов SQL (Structured Query Language). Такие СУБД называют SQL-серверами. SQL-сервер – это не обслуживающий компьютер, а обслуживающий программный комплекс, не только предоставляющий другим программам данные, но и выполняющий их типовую обработку по SQL-запросам. СУБД в основном размещаются на файл-сервере. Тем самым общим ресурсом предприятия становятся не только основные данные, но и типовые программы обработки этих данных.
Итак, достоинством компьютерных сетей является коллективное использование информационных ресурсов, технических и программных средств многими пользователями. Рассмотрим теперь основные виды сетей и важнейшие понятия сетевых технологий.
Простейшую сеть можно получить, связав группу компьютеров, на каждом из которых установлена ОС Windows (98, NT, ME, 2000 или XP). В каждый из этих компьютеров надо вставить сетевую карту (плату) и связать кабелем наружные разъемы сетевых карт. Такая сеть называется локальной одноранговой. Она может быть использована в масштабе отдела или малого предприятия. В качестве кабеля применяется витая пара, тонкий или толстый коаксиальный или волоконнооптический кабель. Данные по сети передаются по битам со скоростью 10 Мбит/сек или 100 Мбит/сек. Устройства (в основном это компьютеры), подключенные к передающей среде сети, называют узлами, а усредненную геометрическую схему соединения узлов называют топологией локальной вычислительной сети (ЛВС). Основные топологии ЛВС – кольцевая, шинная и звездообразная – схематически представлены на рис. 5.2. Пользователь компьютера, являющегося узлом ЛВС, при загрузке ОС вводит пароль и получает доступ к файлам, хранимым на других компьютерах, и к периферийным устройствам, подключенным к другим узлам.
Рис. 5.2. Основные топологии ЛВС: а - кольцевая, б - шинная, в - звездообразная
Взаимосвязь узлов сети определяется соглашениями – протоколами. Например, электрические характеристики сигналов, параметры разъемов и т.п. определяются протоколом физического уровня, а правила обмена данными между приложениями - протоколами логического уровня. Стандарты протоколов разрабатываются международными институтами и комитетами и принимаются Международной Организацией по Стандартизации (ISO – International Standard Organization).
На крупных предприятиях обычно используется не одноранговая сеть, а ЛВС с выделенным файл-сервером. В отличие от сервера, компьютеры в узлах такой сети называют еще рабочими станциями. Рабочие станции одного отдела или, например, размещенные на одном этаже здания, обычно соединяются со специальным коммутирующим устройством, называемым концентратором (HUB), а концентраторы соединяются с файл-сервером. В такой сети устанавливается сетевая ОС, например, Microsoft Windows NT Server, или какая-либо модификация ОС Unix, или ОС Novell NetWare. Сетевая ОС устанавливается на сервере, а на каждой рабочей станции, кроме Windows (98, NT, ME, 2000, XP) или другой несетевой ОС, размещается клиентская часть сетевой ОС. Если на файл-сервере устанавливается еще СУБД (например, MS SQL Server или Oracle), то эта СУБД работает под управлением сетевой ОС, причем на каждой рабочей станции размещается еще клиентская часть СУБД. Технологию работы в сети, где каждый пользователь-клиент с помощью СУБД имеет доступ к базам данных предприятия на сервере, называют технологией клиент/сервер.
Кроме локальных сетей, всемирное распространение получили глобальные сети, особенно Internet – разветвленная сеть, включающая в себя серверы, разбросанные по всему миру. Серверы имеют свои адреса и управляются специализированными программами. Они позволяют пересылать почту и файлы, производить поиск в базах данных и т.п. Для подключения к Internet требуется модем и канал связи, соединяющий ЛВС предприятия или личный компьютер пользователя с сервером провайдера – предприятия, предоставляющего информационные услуги Internet.
Модем необходим потому, что передаваемые сигналы, соответствующие битам информации, накладываются (модуляция) на синусоидальный сигнал несущей частоты. Благодаря этому по одному каналу могут передаваться данные многих абонентов на разных несущих частотах. Модем компьютера, принимающего информацию, обеспечивает демодуляцию сигнала, т.е. выделение из суммарного сигнала цепочек получаемых битов информации. Чаще всего используются модемы со скоростью передачи 56 Кбит/сек. Модемы, связывающие ЛВС со специальной выделенной линией связи, обеспечивают еще большую скорость передачи.
В качестве канала связи для соединения с провайдером может использоваться либо выделенная линия, либо обычный телефонный канал. Сценарий соединения выглядит так. Пользователь запускает программу-проводник, обеспечивающую навигацию в сети Internet, например, Microsoft Internet Explorer (Explorer – проводник) или Opera. В рабочем окне этой программы предусмотрена строка (поле) для указания сетевого адреса. Если пользователь ввел этот адрес, а его компьютер еще не соединен с узлом провайдера, то на экране появится диалоговое окно. В этом окне указывается телефон провайдера (в случае применения обычного телефонного канала связи), имя клиента и пароль. После этого происходит соединение, и можно пользоваться всеми видами сервиса Internet. Эффективнее и быстрее соединение происходит, если использовать специальные программы дозвона, например, VDialer. В настройках программы дозвона задают телефон провайдера, имя и пароль пользователя. Для полноты картины остается рассмотреть адресацию в Internet и виды предоставляемых информационных услуг.
В Internet каждому компьютеру присваивается уникальный сетевой адрес – IP-адрес (IP – Internetwork Protocol), имеющий длину 32 бита и состоящий из 4 частей по 8 битов. Каждая часть может принимать значения от 0 до 255 и отделяется от других частей точкой, например, 133.107.4.19. В четырех байтах IP-адреса записывается адрес сети и адрес компьютера в этой сети. В зависимости от масштаба сети под адрес компьютера в ней отводятся 3, 2 или 1 байт (сети классов A,B,C). Чем длиннее адрес компьютера (масштабнее сеть), тем меньше байтов отводится на адрес сети. Класс сети определяется по значению первого числа IP-адреса: класс A – от 0 до 127, класс B – от 128 до 191, класс C – от 192 до 223. В приведенном нами примере сеть относится к классу B, ее адрес - 133.107 , адрес компьютера – 4.19.
Для удобства запоминания каждому IP-адресу ставится в соответствие буквенно-цифровой адрес, называемый доменным. Пользователи Internet имеют дело именно с доменными адресами, которые преобразуются в IP-адреса специальными серверами имен. Доменный адрес состоит из двух частей, разделенных символом @:
<идентификатор пользователя>@<название домена>
Идентификатор пользователя и название домена могут состоять из сегментов, разделенных точками. В адресе допускается использование латинских букв, цифр и некоторых других символов. Например, www.bfh.esib.ru – адрес сервера Байкальского фондового дома (по-русски – БФД, Восточная Сибирь, Россия). Если надо указать адрес электронной почты конкретного сотрудника, то к доменному имени сервера слева добавляется не www, а идентификатор человека, например: ivan.petrov@bfh.esib.ru или ipetrov@bfh.esib.ru. В этом примере идентификатор пользователя в первом случае состоит из двух сегментов (это бывает редко), во втором - из одного, а название домена – из трех сегментов – поддоменов, отображающих название организации, географического региона, страны. Поддомен верхнего уровня, обозначающий страну, обычно состоит из двух букв: ru – Россия, su – территория бывшего Советского Союза, uk – Великобритания и т.п. В США традиционно используется другая система: поддомен верхнего уровня состоит из трех букв, обозначающих тип организации-владельца. Например: com – коммерческие организации, gov – правительственные, edu – образовательные. Поддомен второго уровня в России обычно обозначает город или регион. Например: msk – Москва, irk – Иркутск, esib – Восточная Сибирь.
Итак, набрав адрес требуемого сервера в поле адреса программы-проводника, можно воспользоваться информационными услугами этого сервера. Большая часть серверов – это WWW-серверы всемирной информационной сети (World-Wide-Web – всемирная паутина). Такие серверы предоставляют информационные страницы (Web-страницы) с гипертекстом и графическим оформлением. Гипертекст отличается от обычного наличием ссылок на другие документы и возможностью немедленного переключения на них. Ссылка оформляется как выделенное шрифтом и цветом слово или понятие из нескольких слов, или же как выделенный рисунок. Ссылке соответствует адрес в сети. Поэтому документ, хранимый на каком-либо сервере в России (пусть это будет, например, информация для инвесторов на сервере Байкальского фондового дома) может ссылаться на документ, хранимый в США (например, на сервере Нью-Йоркской фондовой биржи). Таким образом, создатели Web-страниц имеют возможность ссылаться не только на множество страниц на своем же сервере, но и на множество страниц WWW, рассеянных по всему миру. Для переключения на другую Web-страницу надо просто щелкнуть мышью по выделенному тексту.
При создании страниц WWW используется специальный язык HTML (Hypertext Markup Language – язык разметки гипертекста). Неявно используя этот язык, HTML-документ можно подготовить с помощью приложений, входящих в состав MS Office (Word, Excel, PowerPoint – см. пункт меню Файл/Сохранить в формате HTML), но лучше воспользоваться специальным приложением FrontPage или Dreamweaver. HTML-документ может содержать, кроме текста и графики, звук и видео. Поскольку создание собственного сервера WWW является сложным и дорогостоящим, многие пользователи Internet размещают свои Web-страницы на уже существующих серверах.
Для того чтобы определить на каких серверах хранится представляющая интерес информация, обращаются к услугам поисковых серверов. Их информационные системы состоят из двух частей. Одна из этих частей (с ней работает пользователь) осуществляет поиск в своем справочнике (индексе) Web-страниц. Другая часть – это сложная программа, которая постоянно связывается с WWW-серверами во всем мире, анализирует содержимое их Web-страниц, пополняя индекс. Эта часть системы называется crawler –«ползун». К числу популярных поисковых серверов, относится AltaVista, поддерживающая индексирование и поиск документов на русском языке и выполняющая два варианта поиска: простой и сложный (расширенный). Простой поиск эффективен только применительно к редким терминам. Сложный поиск поддерживает такие критерии отбора, как логические операции над ключевыми словами, поиск целых фраз, поиск документов только на определенных серверах или доменах и др. При обращении к ресурсам Internet обычно указывают их URL-адрес. URL – это унифицированный указатель ресурсов (Uniform Resource Locator). Так, для сервера AltaVista URL имеет вид http://www.altavista.com. Здесь http:// указывает на протокол, используемый при адресации, а www.altavista.com задает доменное имя (сетевой адрес) сервера. В России получили признание поисковые серверы Rambler (www.rambler.ru) и Яndex (www.yandex.ru). На последнем широкие возможности предоставляет страница расширенного поиска (www.yandex.ru/advanced.html).
Чрезвычайно важна для многих пользователей почтовая служба Internet. Почтовые услуги предоставляют как специализированные почтовые серверы, так и большинство провайдеров. В настоящее время бесплатные почтовые ящики практически неограниченных размеров предоставляют информационные порталы Mail.ru, Rambler.ru, Lenta.ru и др. При регистрации новый пользователь назначает себе имя и пароль. Для него резервируются сетевой адрес и каталоги на сервере: Входящие – каталог для принятых писем, Отправленные – каталог для хранения отправленных писем, Написать письмо – для подготовки и отправки писем и др. Письмо можно подготовить заранее текстовым редактором и скопировать его в буфер обмена, затем c помощью программы Internet Explorer открыть Web-страницу почтового сервера, указать свое имя и пароль, выбрать страницу Написать письмо, скопировать из буфера обмена письмо, указать в поле адреса сетевой адрес получателя и нажать кнопку Отправить. В качестве приложения к письму можно прикрепить один или несколько файлов (кнопка Прикрепить). Для просмотра поступивших писем надо выбрать страницу Входящие. В комплексе приложений Microsoft Office работу с почтой упрощает программа OutLook. Часто используют и программу The Bat.
Электронная почта предназначена, прежде всего, для обмена текстовой информацией, хотя к письму всегда можно прикрепить различные файлы, в том числе и графические документы при некоторых ограничениях (обычно это первые мегабайты) на их размеры. Многие пользователи заинтересованы в получении из Internet программного обеспечения, музыки и других файлов большого размера. Информацию в виде файлов, предназначенных для открытого доступа, предоставляют FTP-серверы. Чтобы обеспечить перемещение файлов между различными операционными системами, встречающимися в узлах Internet, используется протокол FTP (File Transfer Protocol). Для копирования файлов с FTP-серверов удобно использовать операционную оболочку FAR, которую поясним в следующем разделе. Здесь лишь заметим, что при использовании FAR работа с каталогами и файлами на FTP-сервере ничем не отличается от работы с каталогами и файлами на жестком диске своего компьютера. Для “выкачивания” c серверов файлов большого размера удобно использовать специальные программы типа NetVampire и ReGet, которые обеспечивают продолжение копирования файла в случае сбоя или разрыва связи с точки разрыва, а не начинают процесс сначала.
Кроме рассмотренных информационных услуг, глобальная сеть Internet предоставляет и некоторые другие возможности: телеконференции, рассылка новостей, общение в оперативном режиме с помощью сервера ICQ, электронные магазины и др.
Некоторые технологии Internet (HTML-документы и др.) оказались настолько удобными, что стали применяться в локальных сетях вместе с соответствующими протоколами. Такие информационные технологии в локальных сетях получили название Intranet-технологий. Особенно большой эффект в масштабе крупной организации дает интеграция технологии клиент/сервер с Intranet-технологией. Первая из них обеспечивает формализованное хранение и обработку больших объемов данных, а вторая – доступность и обзорность информации высоких уровней обобщения, т.е. информации, используемой для принятия решений. Сочетание этих двух технологий обычно предусматривает автоматическое программное обновление HTML-страниц при изменении на SQL-сервере отражаемой ими информации.
Контрольные вопросы к разделу 5: классы технических средств информационных технологий; основные блоки персонального компьютера, его структурная схема; основные периферийные устройства, подключаемые к ПК; компьютерные сети, преимущества работы в сети; локальные вычислительные сети – одноранговые и с выделенным сервером; основные топологии ЛВС; сетевые протоколы; понятие о сетевой ОС, о SQL-сервере и о технологии клиент/сервер; глобальные сети; адресация в Internet; информационные услуги Internet, WWW-серверы, HTML-страницы, поисковые серверы, электронная почта, FTP-серверы; понятие о технологии Intranet.