Управление и оптимизация / Osnovi informatsionnikh i komputernikh tekhnologiy 2011

Виды сканеров:

−ручной,

−листопротяжный,

−планшетный

−барабанный,

−слайд-сканеры.

Основные технические характеристики сканеров.

−Разрешающая способность. Сканер рассматривает любой объект как набор отдельных точек (пикселов). Плотность пикселов (количество на единицу площади) называется разрешающей способностью сканера и измеряется в dpi (dots per inch - точек на дюйм). Выбор разрешающей способности определяется дальнейшим применением результатов сканирования: для художественных изображений, печатаемых на фотонаборных машинах разрешающая способность должна составлять 1000-1200 dpi, для печати изображения на лазерном или струйном принтере - 300-600 dpi, для просмотра изображения на экране монитора - 72-150 dpi, для распознавания текста - 200-400 dpi.

−Глубина представления цветов – количество цветов, которые способен распознать сканер. Определяется количеством разрядов, отводимых для отображения цвета.

−Метод сканирования.

−Скорость сканирования.

51

ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Понятие компьютерных сетей

Компьютерная сеть - совокупность ЭВМ и других устройств, соединенных между собой средствами передачи информации в соответствии с определенными правилами – протоколами – для совместного использования ресурсов.

Ресурсы сети – программы, данные, принтеры и другие, совместно используемые устройства сети.

Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Они определяют обмен данными между программами: задают единообразные способы передачи сообщений и обработки ошибок.

Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Протокол играет очень важную роль, поскольку недостаточно только соединить компьютеры линиями связи. Нужно еще добиться того, чтобы они "понимали" друг друга.

Рассмотрим некоторые протоколы.

TCP или UDР – протоколы транспортировки – протокол, который используется для пересылки данных.

TSP:

HTTP – web – страницы, FTP - загрузка файлов,

SMTP, POP – протоколы электронной почты, UDP:

SNMP – управление по работе с сетью, TFTP – ПО сетевых устройств.

Для объединения компьютеров в сеть необходимо:

−сетевая карта (сетевой адаптер) Ethernet, Token Ring,

−сетевые кабели (витая пара, коаксиальный, оптоволоконный кабели),

−ОС поддерживающая работу в сети,

−модем или подключение к линии (серверу) через концентратор (hub, switch) – устройства для связи с другими компьютерами.

Hub, switch – устройства, которые выполняют роль концентраторов, т.е.

объединяют вместе несколько компьютеров и могут иметь соединение с глобальной сетью. Модем – устройство, предназначенное для передачи информации от одного компьютера к другому посредством передающей среды.

Маршрутизатор направляет данные из одной локальной сети к другому маршрутизатору, тот - к следующему, и этот процесс повторяется до тех пор, пока информация не достигнет места назначения. Маршрутизаторы

52

разрешают пересылку данных только авторизованным машинам, чтобы гарантировать конфиденциальность личной информации.

Каждая отдельная машина сети имеет свой уникальный 32 (по версии

IPv4) битный или 128-битный (по версии IPv6) ip-адрес (Internet Protocol Address) — уникальный идентификатор (адрес) устройства (обычно компьютера), подключённого к локальной сети или интернету.

По версии IPv4 это четыре числа от 0 до 255, разделенных точками: 128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса, а 10000000 00001010 00000010 00011110 — двоичная форма представления этого же адреса.

Наряду с адресом компьютера в сети задается еще адрес подсети. Для определения, какие биты относятся к адресу подсети, используется маска подсети. Первые биты определяют класс сети.

Сети разделяют на три класса:

−адреса класса А – от 0 до 127,

−адреса класса B – от 128 до 191,

−адреса класса С – от 192 до 255.

Префикс — это часть адреса, указывающая биты, имеющие фиксированные значения или биты идентификатора сети.

Для удобства работы была введена доменная система имен (DNS) – соответствие ip-адресов и уникальных доменных имен.

IPv6 (Internet Protocol version 6) — новая версия протокола IP,

призванная решить проблемы, связанные в первую очередь с нехваткой адресов в IPv4 за счёт использования длины адреса 128 бит вместо 32.

После того, как адресное пространство в IPv4 закончится, два стека протоколов — IPv6 и IPv4 будут использоваться параллельно (англ. dual stack), с постепенным увеличением доли трафика IPv6 по сравнению с IPv4. такое использование является необходимостью, связанной с наличием большого количества устройств, в том числе устаревших, не поддерживающих IPv6 и требующих специального преобразования для работы с устройствами, использующими только IPv6.

IP-адреса стандарта IPv6 имеют длину 128 бит и поэтому в четыре раза длиннее, чем IP-адреса четвертой версии. IP-адреса версии v6 записываются в следующем виде: X:X:X:X:X:X:X:X, где X является шестнадцатеричным числом, состоящим из 4-х чисел (16 бит), а каждое число имеет размер 4 бит. Каждое число располагаться в диапазоне от 0 до F. Вот примеры действительных IP-адресов шестой версии:

FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210

1080:0:0:0:8:800:200C:417A

При записи адреса незначащие нули можно опускать, поэтому фрагмент адреса :0800: записывается, как 800:. Очевидно, что адрес может содержать длинные последовательности нулей, вместо которых существует возможность указать символы «::». Например, адрес

1080:0:0:0:8:800:200C:417А может быть записан, как 1080::8:800:200C:417A.

53

Как уже было отмечено, каждому адресу IPv4 соответствует определенная маска подсети. В случае с IPv6 идентификатор подсети включается непосредственно в адрес. Первые 48 битов — это префикс сети, а следующие 16 битов — идентификатор подсети. Последние 64 бита — идентификатор интерфейса (или устройства). То есть при использовании данного формата понятие «маски» IPv6-адрес делится на три части.

−Глобальный префикс – аналогичен идентификатору сети в IPv4 и присваивается провайдерам. Определяется он тремя первыми блоками.

−Идентификатор подсети - представлен четвертым блоком и, по сути, очень похож на идентификатор подсети в IPv4.

−Идентификатор интерфейса - определяет уникальный адрес хоста вашей сети.

При записи к адресу добавляется число, которое указывает на сегмент адреса, определяющий адрес подсети (обозначение CIDR). Например, адрес IPv6/длина префикса:

12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60

12AB:0000:0000:CD30::/60

В данном случае адрес подсети указан в первых 60-ти битах. Запись адреса компьютера и адреса подсети можно комбинировать:

−адрес компьютера: 11AC:0:0:CA20:123:4567:89AB:CDEF;

−адрес подсети: 11AC:0:0:CA20::/60;

−их объединенный вариант: 11AC:0:0:CA20:123:4567:89AB:CDEF/60.

Существует и третий формат, который используется при работе в

смешанном окружении IPv4 и IPv6: x:x:x:x:x:x:d.d.d.d, где x — это шестнадцатеричные значения шести шестнадцатиразрядных элементов адреса, а d — десятичные значения четырех восьмиразрядных фрагментов адреса (стандартное представление IPv4). Вот примеры таких адресов:

0:0:0:0:0:0:13.1.68.3

0:0:0:0:0:0:129.144.52.38

или в сокращенном виде: ::13.1.68.3 ::129.144.52.38

Пространство имен в сети можно разделить на плоские и иерархические. В первом случае множество адресов никак не структурировано. Примером такого адреса является MAC адрес, который служит для однозначной идентификации компьютера в сети. Такой адрес обычно используется только аппаратным обеспечением и поэтому его стараются сделать по возможности компактным и записывают в виде двоичного или шестнадцатеричного числа, например 00:81:00:5e:24:a8. Данные адреса встраиваются в устройства компанией производителем и их еще называют аппаратными адресами. Использование плоских адресов является жестким решением – при замене аппаратуры, например, сетевого адаптера, изменяется и адрес сетевого интерфейса компьютера. Главный недостаток плоского пространства имен – это то, что оно не может быть

54

использовано в больших системах, таких как Интернет, потому что оно хаотично и не может управляться дистанционно, а это затрудняет проверку неоднозначности и дублирования.

При иерархической организации адресное пространство организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс, то есть каждое имя составлено из нескольких частей. Имена уникальны, и управление полномочиями проводится не по полному имени, а только по его части.

Иерархическое пространство называется пространством доменных имен. При этом назначении имя определяется структурой дерева с корнем в вершине. Дерево может иметь 128 уровней: от уровня 0 (корень) до уровня 127 (для версии ipv4). Принимая во внимание, что корень скрепляет целое дерево вместе, каждый уровень дерева определяет иерархический уровень.

Адрес ресурса. (URL-адрес, англ. Uniform Resource Locator),

содержащий имя протокола по которому нужно обращаться к требуемой информации, адрес сервера и имя файла на этом сервере, например:

DNS – это протокол, который может быть использован в различных платформах. В Интернете пространство доменных имен (дерево) разделяется на три различных секции: родовой домен, домен страны и инверсный домен. Каждый узел дерева — домен, который является частью базы пространства доменных имен.

Классификация сетей

Возможно несколько способов классификации компьютерных сетей. Рассмотрим некоторые из них: по протяженности линий связи, топологии и способу управления.

1)По протяженности.

−Локальные (LAN). Это сети в пределах офиса, учебного класса, универсального магазина, конструкторского бюро, одной организации. В локальные сети может быть объединено до нескольких десятков машин.

−Региональные (MAN). Это сети, охватывающие город, область, район, страну. Как правило, это ведомственные сети, например, военные или полицейские. Включают в себя, как правило, несколько локальных сетей.

−Глобальные (WAN). Это сети, охватывающие несколько стран, континентов или весь мир.

Объединение компьютерных сетей данного типа позволяют создавать многоуровневые иерархии, которые предоставляют доступ к информационным ресурсам.

55

В настоящее время в системе МЧС создана и функционирует система видеоконференций, которая позволяет повысить оперативность управления и качество принятия решений, особенно при ведении аварийно-спасательных и поисковых работ в районах чрезвычайных ситуаций. Данная система охватывает все региональные центры и главные управления МЧС России по субъектам РФ. Оперативные группы так же оснащены оборудованием, которое обеспечивает видеоконференции с мест ЧС.

Локальные и ведомственные сети помогают обеспечить информационную безопасность. Этому способствует создание подсистемы обеспечения информационной безопасности (ПОИБ). Данная система позволяет реализовать защиту информации с использованием межсетевых экранов, телекоммуникационного оборудования, сетевых антивирусных средств, средства активного мониторинга, обнаружения вторжений, адаптивной безопасности и анализа защищенности, VLAN (Virtual Local Area Network — виртуальная локальная компьютерная сеть), VPN (виртуальная частная сеть).

Виртуальная частная сеть (VPN) – сеть, которая является связью локальных и глобальных сетей. Получается вследствие объединения нескольких локальных сетей посредством сети Internet.

2) По топологии:

−шина,

−кольцо,

−дерево,

−звезда,

−полносвязная,

−смешанная.

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Наиболее проста работа, а значит и программное обеспечение в сети с топологией «шина» и кольцевой топологией, так как передача информации в такой сети производится только в одном направлении, а каждый компьютер принимает сигнал и передает его следующей станции. В то же время, выход из строя одной части топологии «шина» приводит к отказу всей сети. Полносвязная топология является самой надежной, но и самой сложнореализуемой, практически не используется. Наиболее часто реализуемые топологии типа «звезда» и «дерево». В больших сетях обычно имеет место смешанная топология.

3) По способу управления.

Централизованные (клиент-серверные) - в которых для управления и доступа пользователей к ресурсам выделяют специальные компьютеры – серверы. Сервер - это обыкновенный, но достаточно мощный компьютер, на котором устанавливается специальное программное обеспечение. Остальные машины в таких сетях называют рабочими станциями. Часто встречаются локальные сети с одним сервером. Такие сети обычно создаются в крупных

56

организациях, а наличие сервера упрощает управление и контроль за рабочими станциями.

Децентрализованные (одноранговые) - в которых все компьютеры участвуют в сети на равных правах. Иными словами, в такой сети все машины одного ранга и работают под управлением одинаковых (или, по крайней мере, совместимых) программ, обеспечивающих в том числе и передачу данных по сети. Количество компьютеров в таких сетях обычно не велико и их принято объединять в рабочие группы.

Строительство и ввод в строй Национального центра управления в кризисных ситуациях (НЦУКС) сопровождались созданием соответствующих систем и комплексов связи и передачи данных. В рамках этой работы были построены и организованы в необходимых объемах волоконно-оптические, спутниковые, радиорелейные линии связи, установлены цифровые системы передачи и другое технологическое оборудование. [7]

В системе МЧС создана и успешно функционирует система видеоконференцсвязи. Она во многом способствует повышению оперативности управления и принятию решений, особенно при ЧС.

Видеоконференция находит применение везде, где необходимы оперативность в анализе ситуации и принятии решений, консультация специалиста или совместная работа в режиме удаленного доступа и реального времени над проектами, решениями и так далее. Видеоконференции значительно расширяют возможности общения начальников и подчиненных, выработки и принятия совместных решений, утверждения документов. Основная функция системы видеоконференции и селекторной связи — обеспечение получения видеоинформации из зоны чрезвычайной ситуации.

Принципы функционирования компьютерных сетей

В основе функционирования компьютерной сети лежит модель OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model), которая включает в себя

7 уровней, которые и реализуют взаимодействие между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной уровень. Рассмотрим их более подробно.

Начнем с самого нижнего – физического. Он определяет электрические, механические, процедурные и функциональные спецификации и обеспечивает для канального уровня установление, поддержание и разрыв физического соединения между двумя устройствами, соединенными между собой линиями связи, либо любой передающей средой.

Следующий уровень – канальный – управляет передачей данных по каналу связи. На этом уровне информация разбивается на порции (пакеты), которые затем передаются по линиям связи; происходит выделение данных из потока бит, передаваемых на физическом уровне, для обработки на сетевом уровне; обнаружение ошибок, возникших при передаче и

57

восстановление неправильно переданных данных.

Сетевой уровень обеспечивает связь между двумя устройствами, обменивающихся между собой информацией, на этом уровне осуществляется маршрутизация данных в сети и между сетями. Регулируется передача данных межсетевым протоколом.

Транспортный уровень обеспечивает надежную передачу данных между компьютерными системами сети для вышележащих уровней.

Сеансовый уровень обеспечивает установление, поддержание и окончание сеанса связи для уровня представлений, а также возобновление аварийно прерванного сеанса.

Уровень представления данных обеспечивает преобразование данных из представления, используемого в прикладной программе одной компьютерной системы в представление, используемое в другой компьютерной системе. В функции уровня представлений входит также преобразование кодов данных, их шифровка/расшифровка, а также сжатие передаваемых данных.

Прикладной уровень отличается от других уровней модели OSI тем, что он обеспечивает услуги для прикладных задач. Этот уровень определяет доступность прикладных задач и ресурсов для связи, синхронизирует взаимодействующие прикладные задачи, устанавливает соглашения по процедурам восстановления при ошибках и управления целостностью данных. Важными функциями прикладного уровня является управление сетью, а также выполнение наиболее распространенных системных прикладных задач: электронной почты, обмена файлами и других.

Для того чтобы компьютеры могли связаться между собой в сеть, они должны быть соединены между собой с помощью некоторой физической передающей среды. Основными типами передающих сред, используемых в компьютерных сетях, являются:

−аналоговые телефонные каналы общего пользования,

−цифровые каналы,

−узкополосные и широкополосные кабельные каналы,

−радиоканалы и спутниковые каналы связи,

−оптоволоконные каналы связи.

Первыми стали применяться аналоговые линии связи. Передача данных по ним может осуществляться двумя способами. В первом случае соединение устанавливается через коммутируемую телефонную линию, второй способ - выделенными линиями или непосредственными соединениями.

Наряду с аналоговым способом передачи информации данные могут передаваться в цифровой (дискретной) форме. По цифровому каналу можно передавать и аналоговые информацию (голосовую, видео, факсимильную и т.д.), преобразованную в цифровую форму.

Кабельные каналы, или коаксиальные, позволяют обмениваться данными на достаточно высоких скоростях (до нескольких мегабит/c) в аналоговой или цифровой форме. В настоящее время данный канал связи

58

практически не используется. Для передачи данных на небольшие расстояния (особенно в локальных сетях) обычно используется витая пара, чаще это неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted-Pair, UTP), а на большие расстоянии - оптоволоконные каналы связи.

Использование в компьютерных сетях в качестве передающей среды радиоволн различной частоты является экономически эффективным либо для связи на больших и сверхбольших расстояниях (с использованием спутников), либо для связи с труднодоступными, подвижными или временно используемыми объектами.

Обмен данными по радиоканалам может вестись как с помощью аналоговых, так и цифровых методов передачи. Цифровые методы получают

впоследнее время преимущественное развитие, т.к. позволяют объединить наземные участки цифровых сетей и спутниковых каналов или радиоканалов

вединой сети.

Воптоволоконных каналах связи используется известное из физики явление полного внутреннего отражения света, что позволяет передавать потоки света внутри оптоволоконного кабеля на большие расстояния практически без потерь.

Технические средства коммуникаций составляют кабели (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный, оптоволоконный), коннекторы и терминаторы, сетевые адаптеры, повторители, разветвители, мосты, маршрутизаторы, шлюзы, а также модемы, позволяющие использовать различные протоколы и топологии в единой неоднородной системе.

Сетевая карта (адаптер) — устройство для подключения компьютера

ксетевому кабелю.

Для решения проблемы межсетевого взаимодействия изготовителями оборудования предлагаются различные интерфейсные устройства - повторители (repeater), мосты (bridge), маршрутизаторы (router),

мосты/маршрутизаторы (bridge/router) и шлюзы (gateway).

Основное различие между этими устройствами состоит в том, что повторители действуют на 1-м (физическом) уровне в соответствии с моделью OSI/ISO, мосты - на 2-м уровне, маршрутизаторы - это устройства, которые действуют на 3-м (сетевом) уровне, а шлюзы - на 4-7 уровнях.

Маршрутизаторы — устройства для соединения сегментов сети, действующие на сетевом уровне модели OSI/ISO и использующие маршрутную информацию сетевого уровня. Маршрутизаторы обмениваются между собой информацией о топологии, состоянии сети, работоспособности каналов и доступности узлов в целях выбора оптимального пути для передачи пакета. Такой процесс выбора маршрута по адресу абонентской системы, которая принимает пакет, называют маршрутизацией.

Мосты представляют собой устройства для соединения сегментов сети, функционирующие на подуровне контроля доступа к среде (Media Access Control) канального уровня модели OSI/ISO. Мосты обладают свойством прозрачности для протоколов более высоких уровней, то есть

59

осуществляют передачу кадра из одного сегмента в другой по физическому адресу станции получателя, который выделяется из заголовка канального уровня, анализируют целостность кадров и отфильтровывают испорченные. Эти устройства могут обладать свойством самообучения, то есть по мере прохождения через мост кадров он заполняет две таблицы адресами станций, отправляющих сообщения, физически располагая их по разные стороны от моста и записывая в разные таблицы.

Повторитель — устройство, действующее на физическом уровне, предназначенное для компенсации затухания в среде передачи данных путем усиления сигналов в целях увеличения расстояния их распространения. Одной из разновидностей повторителей являются конверторы среды. Они позволяют преобразовывать сигналы, например, при соединении коаксиального и оптоволоконного кабелей, при переходе из одной среды передачи в другую.

Разветвитель — пассивное устройство для соединения более двух кабельных сегментов.

Шлюзы — устройства, оперирующие на верхних уровнях модели OSI (сеансовом, представления и приложений). Они представляют метод подсоединения сетевых сегментов и компьютерных сетей к центральным ЭВМ. Необходимость в применении шлюзов появляется, когда объединяют две системы с совершенно различной архитектурой для перевода потока данных, проходящих между этими системами.

Программное обеспечение компьютерных сетей

Программное обеспечение компьютерных сетей обеспечивает организацию коллективного доступа к вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение ресурсов сети с целью повышения оперативности обработки информации и максимальной загрузки аппаратных средств, а также в случае отказа и выхода из строя отдельных технических средств и т.д.

Программное обеспечение вычислительных сетей включает три компонента: общее программное обеспечение, образуемое базовым ПО отдельных ЭВМ, входящих в состав сети; специальное программное обеспечение, образованное прикладными программными средствами, отражающими специфику предметной области пользователей при реализации задач управления; системное сетевое программное обеспечение, представляющее комплекс программных средств, поддерживающих и координирующих взаимодействие всех ресурсов вычислительной сети как единой системы.

Особая роль в ПО вычислительной сети отводится системному сетевому программному обеспечению, функции которого реализуются в виде распределенной операционной системы сети.

Операционная система сети включает в себя набор управляющих и обслуживающих программ, обеспечивающих: межпрограммный метод

60