Методическое пособие для студентов 2-го курса специальности 230111 Компьютерные сети по дисциплине Установка и настройка программных средств для доступа в сеть Интернет

Методическое пособие для студентов специальности 23011»Компьютерные сети» по дисциплине «Установка и настройка программных средств для доступа в INTERNET»

Часть I год.

Автор: Кравчук А.А.

КГА ПОУ «Дальневосточный технический колледж»

Часть I год.

Методическое пособие по самостоятельному изучению дисциплины «Установка и настройка программных средств для доступа в Internet» предназначено для студентов специальности 230111 «Компьютерные сети».

Данное пособие может использоваться студентами как средне специальных учебных заведений, так и высших учебных заведений, где изучаются основные принципы работы в сети Интернет, основы прокладки компьютерных сетей, информатика, алгоритмизация.

Организация-разработчик: КГА ПОУ «Дальневосточный технический колледж»

Разработчик:

Кравчук А.А. преподаватель информационных технологий КГА ПОУ «Дальневосточный технический колледж»

(с) 2015 год.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетия существенно возросло общественное и экономическое значение информации и информационных технологий. Как считают многие исследователи, в настоящее время формируется и развивается информационное общества.

В соответствии с этим возрастает спрос на специалистов информационной области. Специалист по компьютерным сетям, сегодня должен быть самостоятельно и гармонично развитой личностью, с высоким уровнем знаний своей предметной области. Именно поэтому специальность 230111 «Компьютерные сети» одна из самых развивающихся в системе образования, ставящая перед своими студентами высокую планку которую получается достигнуть не всем.

Данное пособие ставит перед собой задачу помочь, как начинающему студенту так и профессионалу в кротчайшие сроки освоить основные элементы компьютерных сетей, изучить основные ее элементы, подготовиться к экзамену по дисциплине «Установка и настройка программных средств для доступа в Интернет» и успешно его сдать.

Структура пособия поможет вам легко и быстро разобраться в том что реально нужно знать, а что достаточно просто запомнить. Структура методического пособия довольно проста и поможет быстро сориентироваться в организации учебного и практического материалов. Пособие состоит из пронумерованных тем, каждая тема разбита на отдельные лекции. Помимо всего к каждой теме обучаемый найдет контрольные вопросы которые помогут закрепить пройденный материал. В конце каждой темы присутствует компьютерный практикум, также разбитый на темы. Вообще практическая часть пособия сама по себе имеет уникальный подход. В некоторых практических работах студенту просто нужно будет выполнить работу по пунктно, просто следуя указаниям практической работы, но другие преследуют цель самостоятельного выполнения без каких либо рекомендательных статей, что в свою очередь будет способствовать развитию самостоятельности в решении поставленной производственной задачи и творческой мысли бедующего специалиста.

Тема 1 «Компьютерные сети и телекоммуникационные технологии»

Лекция 1. Интернет: История, современное состояние, перспективы развития.

Вопросы лекции:

1. Понятие «Интернет»;

2. Хронология событий;

3. Принципы работы Интернет;

4. Основные технологии в Интернет;

5. Выводы;

1. Понятие "Интернет"

В наше время нельзя представить человека, не использующего информационные технологии. Но если в двадцатом веке передовыми технологиями считались радио, телевидение и телефонная связь, то в двадцать первом веке на первый план выходит Интернет. Гигантские объемы текстовой, аудио-видео информации, новостные ленты, блоги, социальные сети, игры и многое, многое другое. В настоящее время подключиться к Интернету можно через спутники связи, радиоканалы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни.

В течение всего пяти лет Интернет достиг аудитории свыше 50-ти миллионов пользователей. Другим средствам массовой информации потребовалось гораздо больше времени для достижения такой популярности: Радио - 38 лет, Телевидение - 13 лет.

Попробуем разобраться в этом многогранном понятии " Интернет ". Рассмотрим определения в различных источниках:

• Интернет (Internet, сокр. от Interconnected Networks - объединенные сети) - глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов. Служит физической основой для Всемирной паутины. Часто упоминается как Всемирная сеть, Глобальная сеть, либо просто Сеть.

• Интернет (Internet от international net - международная сеть) . - всемирная компьютерная сеть (информационная система связи, объединяющая множество компьютеров во всем мире).

• Интернет (Сеть Интернет, Internet) - глобальная информационная сеть, части которой логически взаимосвязаны друг с другом посредством единого адресного пространства, основанного на протоколе TCP/IP . Интернет состоит из множества взаимосвязанных компьютерных сетей и обеспечивает удаленный доступ к компьютерам, электронной почте, доскам объявлений, базам данных и дискуссионным группам.

• Интернет (Internet - inter + net - объединение сетей) - всемирная компьютерная сеть, объединяющая миллионы компьютеров в единую информационную систему.

Далее в лекции слово " Интернет " будет употребляться с большой буквы.

В настоящее время, когда слово Интернет употребляется в обиходе, чаще всего имеется в виду Всемирная паутина ( World Wide Web - концепция, предложенная Т.Бернерс-Ли в 1990) и доступная в ней информация, а не сама физическая сеть.

По данным известной консалтинговой компании IDC к середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд. человек (около четверти населения Земли), а объем данных, хранящихся в Интернете, вплотную приблизился к отметке в 500 экзабайтов (500 млрд. Гб) весной 2009 г. При этом по прогнозам аналитиков, к 2011 году количество данных вырастет еще в 2 раза, а к 2016 году Интернет будет насчитывать более 2 миллиардов пользователей.

Некоторые юридические аспекты Интернета :

• У Интернета нет собственника, так как он является совокупностью сетей, которые имеют различную географическую принадлежность.

• Интернет нельзя выключить целиком, поскольку маршрутизаторы сетей не имеют единого внешнего управления.

• Интернет стал достоянием всего человечества.

• В Интернете имеется много полезных и вредных свойств, эксплуатируемых заинтересованными лицами.

• Интернет, прежде всего, средство открытого хранения и распространения информации. По маршруту транспортировки незашифрованная информация может быть перехвачена и прочитана.

• Интернет может связать каждый компьютер с любым другим, подключенным к Сети, так же, как и телефонная сеть.

• Сайты в Интернете распространяют информацию по такому же принципу, то есть индивидуально, по инициативе читателя.

• Спам-серверы и "зомби-сети" распространяют информацию по инициативе отправителя и забивают почтовые ящики пользователей электронной почты спамом точно так же, как забивают реальные почтовые ящики распространители рекламных листовок и брошюр.

2. Хронология событий

Далее в хронологическом порядке опишем некоторые вехи в развитии Интернета:

Дата

Описание события

1957 год.

Запуск в СССР первого искусственного спутника Земли - начало технологической гонки между СССР и США, приведшей, в итоге, к созданию глобальной сети Интернет.

1958 год.

В США при Министерстве обороны создано Агентство Передовых Исследовательских Проектов - Advanced Research Projects Agency (ARPA).

1961 год.

Студент Массачусетского Технологического Института Леонард Клейнрок описывает технологию, способную разбивать файлы на куски и передавать их различными путями через сеть.

1963 год.

Руководитель компьютерной лаборатории ARPA Джон Ликлидер предлагает первую, детально разработанную концепцию компьютерной сети "Galactic Network".

1967 год.

Ларри Робертс предлагает связать между собой компьютеры ARPA. Компьютерная сеть была названа ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network).

29.10.1969 года.

В 21:00 между двумя первыми узлами сети ARPANET, находящимися на расстоянии в 640 км. (в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (UCLA) и в Стэнфордском исследовательском институте (SRI)) провели сеанс связи. Чарли Клайн пытался выполнить удаленное подключение к компьютеру в SRI. Успешную передачу каждого введенного символа его коллега Билл Дювалль из SRI подтверждал по телефону. В первый раз удалось отправить всего три символа "LOG", после чего сеть перестала функционировать. LOG должно было быть словом LOGON (команда входа в систему). В рабочее состояние систему вернули уже к 22:30 и следующая попытка оказалась успешной. Именно эту дату можно считать днем рождения Интернета.

1971 год.

Рэй Томлисон, программист из "Bolt Beranek and Newman", разрабатывает систему электронной почты и предлагает использовать значок @.

1973 год.

Через трансатлантический телефонный кабель к сети были подключены первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии.

1974 год.

Открыта первая коммерческая версия ARPANET - сеть Telenet.

1975 год.

Джоном Витталом, программистом из университета южной Калифорнии, разработана первая современная почтовая программа, имеющая функциональность "Ответить" и "Переслать".

1976 год.

Роберт Меткалф, сотрудник исследовательской лаборатории компании Xerox, создает Ethernet - первую локальную компьютерную сеть.

1977 год.

Число хостов достигло ста. Деннис Хейс и Дейл Хезерингтон разработали первый компьютерный модем.

1978 год.

Разработана первая доска объявлений (BBS). 1978 год также является годом, который принес первое нежелательное коммерческое сообщение по электронной почте, которое было разослано 600-ам пользователям калифорнийского Arpanet Гарри Зарком.

1979 год.

Разработана первая многопользовательская игра MUD (сокращенно от "многопользовательский лабиринт").

1980 год.

Европейская организация по ядерным исследованиям CERN запустила ENQUIRE (написанную Тимом Бернерсом-Ли) - первую гипертекстовую программу.

1982 год.

Рождение современного Интернета - ARPA создала единый сетевой язык TCP/IP. Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел.

1983 год.

1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP, что позволило разделить эту сеть на MILNET, собственно сеть для военных нужд, и ARPANET, использовавшуюся в исследовательских целях.

1984 год.

Число хостов превысило тысячу. Разработана система доменных имен ( Domain Name System, DNS ). DNS позволила создать масштабируемый распределенный механизм для отображения иерархических имен компьютеров в Интернет -адресах. В этом же году в университете Висконсии был создан сервер доменных имен (Domain Name Server, DNS ).

1985 год.

Стюарт Брэнд и Ларри Бриллиант разработали WELL (Whole Earth Lectronic Link), одно из старейших виртуальных сообществ.

1988 год.

Разработан протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном времени (чат). Запущен один из первых крупных Интернет червей "Червь Морриса", написанный Робертом Моррисом Таппан и вызвавший серьезные перебои в больших частях Интернета.

1989 год.

Число хостов превысило 10 тысяч. В CERN родилась концепция Всемирной паутины, предложенная британским ученым Тимом Бернерсом-Ли. Он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.

1990 год.

В 1990 году сеть ARPANET прекратила свое существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (Dialup access).

1991 год.

CERN создала протокол World Wide Web (WWW). Компанией NCR Corporation/AT&T создан Wi-Fi.

1993 год.

Число Интернет -хостов превысило 2 млн., в Сети действует 600 сайтов. Марком Андреесеном в Университете штата Иллинойс создан первый общедоступный графический Интернет -браузер Mosaic.

1994 год.

Образовался консорциум W3C (W3 Consortium), который объединил ученых из разных университетов и компаний (в том числе Netscape и Microsoft). С этого времени комитет стал заниматься всеми стандартами в мире Интернета.

1995 год.

NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, маршрутизацией всего трафика Интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда. Java и JavaScript (первоначально назван LiveScript его создателем, Бренданом Айхом, и включен в состав браузера Netscape Navigator) были впервые представлены публике. Консорциум W3C разработал спецификацию HTML 2.0. В данной версии появилась возможность передачи информации с компьютера пользователя на сервер с помощью форм.

1996 год.

В мире существует 12.8 млн. хостов и 500 тыс. сайтов. Началось соревнование между браузерами Netscape, созданным под руководством Марка Андреесона, и Internet Explorer, разработанным компанией Microsoft. Была запущена первая веб-служба электронной почты - HoTMaiL.

1997 год.

Начал использоваться термин "блог". В январе 1997 г. W3C создал и принял HTML 3.2. Впервые была введена система CSS (Cascading Style Sheets). CSS позволяет осуществить форматирование текста без нарушения логической и структурной разметки. А уже в декабре 1997 г. W3C принимает стандарт HTML 4.0, в котором идет разделение на логические и визуальные теги.

1998 год.

Основана компания Google.

1999 год.

Впервые предпринята попытка цензуры Интернета. В ряде стран государственными органами предприняты серьезные усилия, чтобы технически блокировать доступ пользователей к определенным серверам и сайтам.

2001 год.

Запущена Wikipedia, по объему сведений и тематическому охвату считающаяся сейчас самой полной энциклопедией из когда-либо создававшихся за всю историю человечества.

2002 год.

Сеть Интернет связывает 689 млн. человек и 172 млн. хостов.

2003 год.

Создан Skype, предоставляющий возможность голосовой связи между компьютерами (VoIP) через Интернет.

2004 год.

Открыт Facebook, по состоянию на 2010 год, насчитывающий свыше 400 миллионов активных участников.

2005 год

Запущен YouTube.

2006 год.

Запущен Twitter.

2007 год.

Появился iPhone, который почти полностью отвечает за повышенный интерес к мобильным веб-приложениям.

2008 год.

Число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд. человек (около четверти населения Земли).

2010 год.

Прямой доступ в Интернет получил экипаж Международной космической станции.

3. Принципы работы Интернет

Различают логическую и физическую модели Интернета. Под логической, прежде всего, понимают Всемирную паутину ( World Wide Web ), а под физической - компьютеры, серверы и средства передачи данных между ними.

Физическая модель

Чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны использовать один и тот же протокол. Систему протоколов Интернет называют "стеком протоколов TCP/IP ".

Стек TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

• Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.

• Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.

• Это метод получения доступа к сети Интернет.

• Этот стек служит основой для создания intranet-корпоративной сети, использующей транспортные услуги Интернет и гипертекстовую технологию

• Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.

• Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для клиент-серверных приложений.

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

В табл. 1.1 показано, как протоколы TCP/IP можно вписать в модель OSI:

Уровень модели

Вид протокола

7

Прикладной

HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, scp, SMB,NFS, RTSP, BGP

6

Представительский

XDR, ASN.1, AFP

5

Сеансовый

TLS, SSL, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP

4

Транспортный

TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, ATP, DCCP, GRE

3

Сетевой

IP, ICMP, IGMP, CLNP, OSPF, RIP, IPX, DDP

2

Канальный

Ethernet, Token ring, PPP, HDLC, X.25, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS, Wi-Fi, ARP, RARP

1

Физический

Электрические провода, радиосвязь, оптоволоконные провода

На рис. 1.1 показано как 4 уровня протокола TCP/IP можно сравнить с уровнями модели OSI.

Рис. 1.1. Сравнение модели OSI и стека TCP/IP

Эти протоколы в большинстве своем нужны для обмена файлами и текстовыми сообщениями, на некоторых из них построены целые файлообменные сети.

Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

• Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01.

• IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов или автоматически с помощью протокола DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

• Символьный идентификатор-имя, например, EXAMPLE.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS -именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Логическая модель

Всемирная паутина ( World Wide Web, Веб) - распределенная система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету.

Всемирная паутина основывается на архитектуре клиент-сервер. И на сервере, и на клиенте должно быть установлено дополнительное программное обеспечение - Веб-сервер и Веб-обозреватель соответственно. Это программное обеспечение поддерживает стандартный протокол передачи гипертекстов ( HTTP ), а также ряд других протоколов, в частности, протокол передачи файлов ( FTP ).

Архитектура клиент-сервер означает, что взаимодействие пользовательского компьютера с Интернетом происходит следующим образом:

• пользователь вводит адрес ( URI или URL ) Веб-документа, который он хочет просмотреть;

• Веб-обозреватель формирует соответствующий HTTP -запрос к Веб-серверу;

• Веб-сервер находит в Сети запрошенный документ и передает его обозревателю в качестве отклика на запрос (в конечном счете, Веб-сервер находит соответствующий файл на локальном жестком диске и отправляет его по сети запросившему компьютеру);

• обозреватель интерпретирует полученный документ и отображает его пользователю (отображает гипертекст).

Для идентификации ресурсов (зачастую файлов или их частей) во Всемирной паутине используются единообразные идентификаторы ресурсов URI (англ. Uniform Resource Identifier). Для определения местонахождения ресурсов в сети используются единообразные локаторы ресурсов URL (англ. Uniform Resource Locator). Такие URL -локаторы сочетают в себе технологию идентификации URI и систему доменных имен DNS (англ. Domain Name System ) - доменное имя (или непосредственно IP-адрес в числовой записи) входит в состав URL для обозначения компьютера (точнее - одного из его сетевых интерфейсов), который исполняет код нужного веб-сервера.

Всемирная паутина неразрывно связана с понятиями гипертекста и гиперссылки. Большая часть информации в Веб представляет собой именно гипертекст. Для облегчения создания, хранения и отображения гипертекста во Всемирной паутине традиционно используется язык HTML (HyperText Markup Language), язык разметки гипертекста. После HTML -разметки получившийся гипертекст помещается в файл. После того, как HTML -файл становится доступен веб-серверу, его начинают называть "веб-страницей". Набор веб-страниц образует веб-сайт. В гипертекст веб-страниц добавляются гиперссылки. Гиперссылки помогают пользователям Всемирной паутины легко перемещаться между ресурсами (файлами) вне зависимости от того, находятся ресурсы на локальном компьютере или на удаленном сервере. Гиперссылки в Веб основаны на технологии URL.

В целом можно заключить, что Всемирная паутина стоит на "трех китах":

• язык гипертекстовой разметки документов HTML (HyperText Markup Language);

• универсальный способ адресации ресурсов в сети URL (Universal Resource Locator);

• протокол обмена гипертекстовой информацией HTTP (HyperText Transfer Protocol).

В последнее время HTML начал несколько сдавать свои позиции и уступать их более современным технологиям разметки: XHTML и XML. XML (eXtensible Markup Language) позиционируется как фундамент для других языков разметки. Для улучшения визуального восприятия Веба стала широко применяться технология CSS, которая позволяет задавать единые стили оформления для множества веб-страниц.

Популярная концепция развития сети Интернет - создание семантической паутины. Семантическая паутина - это надстройка над существующей Сетью, которая призвана сделать размещенную в ней информацию более понятной для компьютеров.

Эволюция концепции Веб

Веб 1.0

Самой простой формулировкой концепции Веб 1.0 ( Web 1.0 ) скорее всего, следует считать "тот Веб, который был до Веб 2.0 ".

Переход от Веб 1.0 к Веб 2.0 является прямым результатом изменений в поведении тех, кто использует Всемирную Паутину. Основные тенденции Веб 1.0 включали заботы о проблемах безопасности и приватности в одностороннем потоке информации, через веб-сайты, содержащие материал "только для чтения". Характерным для Веб 1.0 также являлись компьютерная неграмотность широких масс и распространенность медленных типов подключения к Интернету, вдобавок к ограничениям самого Интернета.

Типичные принципы Веб 1.0:

• статичные страницы вместо генерируемого пользователями динамического контента;

• бедная гипертекстовая разметка;

• использование фреймов;

• использование специфичных тегов HTML ;

• гостевые книги, форумы или чаты;

• указание конкретного разрешения монитора, при котором дизайн сайта отображается корректно;

• крайне редкое и непопулярное использование стилей CSS при оформлении страниц сайта.

Эти принципы описывают лишь общую тенденцию в Веб 1.0.

Веб 2.0

Появление термина Веб 2.0 принято связывать со статьей "Tim O'Reilly - What Is Web 2.0 " от 30 сентября 2005 года. В этой статье Тим О'Рейли увязал появление большого числа сайтов, объединенных некоторыми общими принципами, с общей тенденцией развития Интернет -сообщества, и назвал это явление Веб 2.0, в противовес устаревшему Веб 1.0.

Тим Бернерс-Ли, возглавляющий с 2006 года крупнейший мировой исследовательский проект по изучению всемирной паутины, назвал термин Web 2.0 простым жаргоном:

Источник: Что такое Веб 2.0

Понятие Веб 2.0 также отразилось и в дизайне. Предпочтительными стали округлость, имитация выпуклых поверхностей, имитация отражений на манер глянцевого пластика современных hi-end устройств (к примеру, плееры). В целом, восприятие внешнего вида на глаз кажется более приятным. Графика таких сайтов занимает больший объем, нежели при использовании аскетичного дизайна. Отчасти эта тенденция связана с совпавшим по времени выходом новых версий операционных систем использующих вышеупомянутые идеи.

Фактически сайт эпохи Веб 2.0 на первый взгляд интерактивен и дружелюбен, позволяет себя легко настраивать. Однако сбор статистики о пользователях, их предпочтениях и интересах, личной жизни, карьере, круге друзей могут помочь владельцу сайта манипулировать сообществом. По самым пессимистичным прогнозам многочисленные сайты Веб 2.0 вкупе с другими современными технологиями дают прообраз тоталитарной системы "Большого брата".

Веб 3.0

Наиболее распространенной версией трактовки термина Веб 3.0 является идентификация его как Семантической Паутины (Semantic Web). Главная мысль этой концепции базируется на внедрении мета-языка, описывающего содержание сайтов для организации автоматического обмена между серверами.

Семантическая паутина (Semantic Web) - часть глобальной концепции развития сети Интернет, целью которой является реализация возможности машинной обработки информации, доступной во Всемирной паутине. Основной акцент концепции делается на работе с метаданными, однозначно характеризующими свойства и содержание ресурсов Всемирной паутины, вместо используемого в настоящее время текстового анализа документов. Термин впервые введен Тимом Бернерсом-Ли в мае 2001 года в журнале "Scientific American", и называется им "следующим шагом в развитии Всемирной паутины". В семантической паутине предполагается повсеместное использование, во-первых, универсальных идентификаторов ресурсов ( URI ), а во-вторых - онтологий и языков описания метаданных.

Эта концепция была принята и продвигается Консорциумом W3C. Для ее внедрения предполагается создание сети документов, содержащих метаданные о ресурсах Всемирной паутины и существующей параллельно с ними. Тогда как сами ресурсы предназначены для восприятия человеком, метаданные используются машинами (поисковыми роботами и другими интеллектуальными агентами) для проведения однозначных логических заключений о свойствах этих ресурсов.

Главная идея Веб 3.0, по мнению этих авторов, состоит в том, чтобы пользователь, который до этого единолично был вовлечен в процесс формирования контента, отныне творит коллективно и его партнерами, помимо других пользователей, являлись эксперты различных направлений, причем статус пользователя может быть изменен на экспертный, равно, как и форма сотрудничества создателя контента и портала. Эксперт должен выступить своеобразным модератором публикуемого контента. По сути, не исключается и возможность платной основы для сотрудничества, но гораздо более важным моментом является появление в порталах формата Веб 3.0 "коллективного разума" (wisdom of the crowds), вместо господствующего сегодня "группового сумасшествия" (madness of the mobs). Веб 3.0 предполагает появление узкоспециализированных ресурсов, где будет произведена агрегация всех необходимых пользователю сервисов и инструментов профессиональной социальной составляющей и будет осуществляться публикация экспертно-модерируемого контента.

Технологическая карта развития технологий Веб представлена на рис. 1.2

Рис. 1.2. Технологическая карта концепций Веб. Источник: Dal Web3.0 al Web4.0 [36]

4. Основные технологии в Интернете

Веб-программирование (Веб-разработка) - это бурно развивающийся раздел программирования, ориентированный на разработку динамических Интернет -приложений.

Языки веб-программирования делятся на две группы: клиентские и серверные.

Клиентские языки обрабатываются на стороне пользователя (в основном в браузере). Соответственно обработка скрипта зависит от браузера пользователя, и пользователь имеет полномочия настроить свой браузер так, чтобы тот вообще игнорировал скрипты. При этом если браузер старый, он может не поддерживать тот или иной язык или версию языка, на которую опирался разработчик. С современными браузерами таких проблем возникать не должно, к тому же языки программирования не так уж часто кардинально обновляются (раз в несколько лет) и лучшие из них давно известны. Код клиентского скрипта может посмотреть каждый, выбрав в меню своего браузера "Исходный код страницы".

Преимущество клиентского языка заключается в том, что обработка скриптов на таком языке может выполняться без отправки документа на сервер. Программа сразу проверит правильное заполнение формы перед отправкой, и, если необходимо, выведет ошибку. Отсюда же вытекает и то ограничение, что с помощью клиентского языка программирования ничто не может быть записано на сервер.

Самым распространенным из клиентских языков является JavaScript, разработчиками которого является компания Netscape совместно с компанией Sun Microsystems. Еще один популярный язык - это VBScript. Помимо этого в последнее время набрали популярность такие технологии как AJAX, Adobe Flash, Microsoft Silverlight и др.

Серверные языки программирования открывают перед программистом большие просторы в деятельности.

Когда пользователь делает запрос на какую-либо страницу (переходит на нее по ссылке, или вводит адрес в адресной строке своего браузера), то вызванная страница сначала обрабатывается на сервере (то есть выполняются все программы, связанные со страницей) и только потом возвращается к посетителю по сети в виде файла. Этот файл может иметь расширения: HTML, PHP, ASP, Perl, SSI, XML, DHTML, XHTML.

Работа программ уже полностью зависима от сервера, на котором расположен сайт, и от того, какая версия того или иного языка поддерживается.

Важной стороной работы серверных языков является Система управления базами данных (СУБД). Это, по сути, тоже сервер, на котором в определенном пользователем порядке хранится разная необходимая информация, которая может быть вызвана в любой момент. Популярными среди систем управления базами данных являются:

• IBM DB2;

• Microsoft SQL Server;

• MySQL;

• Oracle;

• PostgreSQL;

• SQLite.

Хронология развития веб-технологий показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Хронология развития веб-технологий

Вопросы к лекции №1:

1. Что такое Интернет?

2. Какие модели интернета вы знаете?

3. Кратко охарактеризуйте принцип логической и физической модели.

4. Что такое Всемирная паутина;

5. Назовите три кита на которых строится всемирная сеть.

6. Назовите концепции развития Всемирной паутины.

Лекция 2. Системы «Терминал-хост» и «клиент-сервер»

Вопросы лекции:

1. Системы «терминал-хост»;

2. Система «клиент-сервер»

1. Системы «терминал-хост»

Первые системы совместной эксплуатации информационных и вычислительных ресурсов (системы коллективного пользования) появились в 60-70е гг 20 века и относятся к вычислительным системам с разделением времени.

Системы коллективной человеческой деятельности, опирающиеся на телекоммуникационные технологии, делятся на две группы:

1) Системы с разделением времени - в них каждый участник как бы пользуется собственной ЭВМ и основной задачей администраторов и разработчиков является защита данных от несанкционированного доступа и взаимная изоляция участников;

2) Системы обеспечения групповых решений - обеспечивают взаимодействие пользователей в процессе принятия решений.

Первые системы совместной эксплуатации информационных и вычислительных ресурсов были рассчитаны на пакетную обработку информации, затем с созданием интерактивных терминальных устройств, появилась возможность совместной работы пользователей в реальном масштабе времени.

Терминология:

Хост-машина - главная ЭВМ (в сети или автономно0, поддерживающая информационные и вычислительные ресурсы и предоставляющая их удаленным пользователям.

Терминал - терминальное устройство - сочетание устройств ввода и вывода данных в ЭВМ.

Основные этапы развития систем доступа к информационным ресурсам:

1. Взаимодействие терминалов (конечных пользователей, источников запросов и заданий) и хоста (центральной ЭВМ, держателя всех информационных и вычислительных ресурсов.

а) б)

Взаимодействие может осуществляться как в локальном (рисунок а), так и в удалённом режиме (рисунок б).

Во втором случае имеет место быть, как правило, некоторая совокупность пользователей в , так называемом, абонентском пункте. Связь между хостом и абонентским пунктом осуществляется с помощью модемов по телефонным каналам.

2. Здесь формируются сети передачи данных.

Они позволяют не только осуществлять более тесное взаимодействие «терминал-хост», но и обмен «хост-хост» для реализации процессов обработки информации.

3. С появлением и массовым распространением персональных компьютеров возникает проблема связи «ПК-ПК»

Схема а: быстрое резервирование и копирование информации, в том числе с использованием модемов.

Схема б: совместная эксплуатация баз данных (файл-сервер).

В последующем перечисленные выше конфигурации не претерпели существенных изменений, однако понятие хост и терминал из чисто аппаратных трансформировались в аппаратно-программные и даже сугубо программные (например , эмуляторы терминала и эмуляторы хоста на однотипных ПК).

Кроме того, в 80-е гг. в обиход входит понятие интеллектуального терминала, который берет на себя часть функций по обработке информации пользователя (например, синтаксический анализ запроса или программы)

2. Система «клиент-сервер»

Таким образом, по мере развития представлений о распределенных вычислительных процессах и процессах обработки данных складывается концепция архитектуры «клиент-сервер» - обобщенное представление о взаимодействии двух компонент информационной технологии (технического и/или программного обеспечения) в вычислительных системах, среди которых логически или физически могут быть выделены:

- активная сторона (источник запросов, клиент);

- пассивная сторона (сервер, обслуживание запросов, источник ответов).

Взаимодействие «клиент0сервер» в сети осуществляется в соответствии с определенным стандартом, или протоколом,

Совокупностью соглашений об установлении/прекращении связи и обмене информацией.

Обычно клиент и сервер работают в рамках единого протокола Telnet, FTP, Gopher, HTTP и пр. однако в связи с недостаточностью такого подхода появляются мультипротокольные клиенты и серверы, например - браузер Netscape Navigator. Наконец, появляется серверные приложения (брокеры, роботы), которые устанавливаются между разнопротокольными компонентами и осуществляют трансформацию протоколов.

Типы серверов:

1)Сервер печати - присоединение принтера к сети через специализированный узел обработки заданий на печать;

2) Сервер БД - совместно используемая БД;

3) Файл-сервер - хранилище данных;

4) Коммуникационный сервер - управляет доступом к удалённым ресурсам, обеспечивает канал связи с глобальной вычислит. сетью;

5) Сервер приложений - выполняются специальные вычислительные задания (обработка графики);

6) Веб-сервер - Обеспечивает доступ к веб-страницам.

Весьма популярная сегодня и чрезвычайно перспективная технология обработки информации в сети называется «клиент-сервер».

В функции «клиента» входит:

1) Предоставление пользовательского интерфейса, ориентированного на определённые производственные обязанности и полномочия;

2) Формирования запросов к серверу;

3) Анализ ответов сервера на запросы и предъявление их пользователю.

Основная функция сервера-выполнение специфический действий по запросам клиента (например, решение сложной математической задачи, поиск данных в базе, соединение клиента с другим клиентом и другое); при этом сам сервер не имеет никаких взаимодействий с клиентом. Если сервер, к которому обратился клиент, не в состоянии решить задачу из-за нехватки ресурсов, то в идеале он сам находит другой, более мощный, сервер и передаёт задачу ему, становясь, в свою очередь, клиентом, но не информируя об этом без нужды начального клиента.

Вопросы:

7. Что такое хост-машина?

8. Что такое терминал?

9. Назовите основные этапы развития систем доступа к информационным ресурсам.

10. Какие стороны выделяют в системе «клиент-сервер»?

11. Какие виды серверов вы знаете?

12. Назовите основную функцию клиента?

13. Назовите основную функцию сервера?

Лекция 3. Разновидности функциональных структур «клиент - сервер»

Вопросы лекции:

1. Функциональные структуры «Клиент-сервер»;

2. Файловый сервер;

3. Доступ к удаленным данным;

4. Сервер баз данных;

5. Сервер приложений;

1. Разновидности функциональных структур "клиент - сервер".

Компьютер (процесс), управляющий тем или иным ресурсом, является сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им, -клиентом.

Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и т. д.

Этот принцип распространяется и на взаимодействие программ. Программа, выполняющая предоставление соответствующего набора услуг, рассматривается в качестве сервера, а программы, пользующиеся этими услугами, принято называть клиентами. Программы имеют распределенный характер, т. е. одна часть функций прикладной программы реализуется в программе-клиенте, а другая - в программе-сервере, а для их взаимодействия определяется некоторый протокол.

Рассмотрим эти функции. Один из основных принципов технологии «клиент - сервер» заключается в разделении функций стандартного интерактивного (диалогового) приложения на четыре группы, имеющие различную природу.

Первая группа. Это функции ввода и отображения данных.

Вторая группа - объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (например, для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т. д.).

Третья группа - фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т. д.).

Четвертая группа - служебные функции, осуществляющие связь между функциями первых трех групп.

В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

• компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы;

• прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы;

• компонент доступа к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей группы, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).

Различия в реализации технологии «клиент - сервер» определяются следующими факторами:

• виды программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;

• механизмы программного обеспечения, используемые для реализации функций всех трех групп;

• способы распределения логических компонентов между компьютерами в сети;

• механизмы, используемые для связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих технологиях:

• файловый сервер (File Server - FS);

• доступ к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

• сервер баз данных (Data Base Server - DBS);

• сервер приложений (Application Server - AS).

2. Файловый сервер (FS)

Этот подход является базовым для локальных сетей ПК. Один из компьютеров в сети назначается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов.

Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т. е. к файлам). На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент (рис).

Протокол обмена при такой схеме представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.

К недостаткам данной технологии относится низкий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), - небольшое количество операций манипуляции с данными (файлами), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т. д.

3. Доступ к удаленным данным

Доступ к удаленным данным (RDA) существенно отличается от FS методом доступа к информационным ресурсам. В данной технологии программы компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере - клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается операторами специального языка (например, языка запросов SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования -API).

Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту блоки данных.

Достоинство RDA заключается в унификации интерфейса «клиент - сервер» в виде языка запросов и широком выборе средств разработки приложений. К недостаткам можно отнести существенную загрузку сети при взаимодействии клиента и сервера посредством запросов; невозможность администрирования приложений в RDA, так как в одной программе совмещаются различные по своей природе функции (представления и прикладные).

4. Сервер баз данных

Сервер баз данных (DBS) - технология реализована в некоторых реляционных СУБД (табличных).

Ее основу составляет механизм хранимых процедур - средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. В сервере баз данных компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в том время как прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Там же выполняется и компонент доступа к данным СУБД.

Достоинства технологии:

1. Возможность централизованного администрирования прикладных функций;

2. Снижение трафика;

3. Возможность разделения процедуры между несколькими приложениями;

4. Экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры;

Недостатки технологии:

1. Ограниченность средств написания хранимых процедур, представляющие собой различные процедурные расширения SQL, которые уступают по возможности отображения информации и функциональным возможностям таким языкам как С или Паскаль.

5. Сервер приложений

Сервер приложений (AS) представляет собой процесс, выполняемый на компьютере-клиенте, отвечающий за интерфейс с пользователем.

Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения.

Доступ к информационным ресурсам осуществляет менеджер ресурсов. Из прикладных компонентов доступны такие ресурсы, как базы данных, очереди, почтовые службы и др.

AS, размещенная на компьютере где функционирует менеджер ресурсов, избавляет от необходимости направления SQL-запросов по сети, что повышает производительность системы.

Технологии RDA и DBS опираются на двухзвенную схему разделения функций:

• в RDA прикладные функции отданы программе-клиенту (прикладной компонент комбинируется с компонентом представления);

• в DBS ответственность за их выполнение берет на себя ядро СУБД (прикладной компонент интегрируется в компонент, доступа к информационным ресурсам).

В AS реализована трехзвенная схема разделения функций. Здесь прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения. Сравнивая модели, можно заключить, что AS обладает наибольшей гибкостью и имеет универсальный характер.

Вопросы:

1. Назовите различия в реализации технологии «клиент-сервер»?

2. На сколько функциональных групп делятся интерактивные приложения?

3. Охарактеризуйте файловый сервер;

4. Назовите недостатки файлового сервера?

5. Опишите принцип доступа к удаленным данным?

6. Дайте характеристику серверу баз данных;

7. Объясните суть технологии RDA и BDS?

8. Назовите двухзвенную схему разделения функций при технологиях RDA и BDS?

Лекция 4. Информационно-вычислительные сети Локальные сети, глобальные сети. Сети промежуточного масштаба.

Вопросы лекции:

1. Информационно-вычислительные сети;

2. Локальные сети;

3. Глобальные сети. Сравнительная характеристика;

4. Сети промежуточного масштаба;

1. Информационно-вычислительные сети

Включают вычислительные сети, предназначенные для распределенной обработки данных (совместное использование вычислительных мощностей), и информационные сети, предназначенные для совместного использования информационных ресурсов. Сетевая технология обработки информации весьма эффективна, так как предоставляет пользователю необходимый сервис для коллективного решения различных распределенных прикладных задач, увеличивает степень использования имеющихся в сети ресурсов (информационных, вычислительных, коммуникационных0 и обеспечивает удаленный доступ к ним.

Преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров, демонстрирует пример локальных сетей:

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

2. Разделение данных - представляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации хранимой в БД.

3. Разделение программных средств - предоставляет возможност одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

4. Разделение ресурсов процессора - при этом возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасывается» моментально, а только лишь через специальный процессов, доступный каждой рабочей станции.

5. Многопользовательский режим - содействует одновременному использованию ранее утсновленных централизованных прикладных программных средств. Например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отвергается на задний план.

Имеется смысл выделить локальные, промежуточные и глобальные ИВС.

2. Локальные ИВС

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностью - иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Area Network) относится к географически

ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.
Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны, поэтому в данной работе они не рассматриваются. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом, и именно они будут рассмотрены в этой работе. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

3. Глобальные ИВС Типы и сравнительная характеристика.
   
   
   Глобальные (WAN - Wide Area Network) предназначены для манипулирования ресурсами по крайней мере в национальных масштабах.

Первой известной глобальной сетью стала ARPAnet, на основе которой в дальнейшем развилась сеть сетей - Internet. В 1964 г. корпорация RAND (Research & Development) по поручению правительства США выработала предложения по организации надежной сети передачи данных, исправно функционирующей при потере значительной части оборудования в случае ядерного конфликта. Сеть должна быть не централизованной, а состоять из отдельных сегментов. Таким образом, каждый узел сети независим от остальных узлов и может самостоятельно отвечать за прием/передачу сообщений. В основу информационного обмена был положен принцип коммутации пакетов. Предполагалось, что для приема/передачи информации могут использоваться любые каналы связи (радио, телефонные, выделенные линии и т. п.).

В начале 1960-х гг. сеть, основанная на коммутации пакетов, объединила RAND, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет. В 1968 г. к сети присоединилась Национальная физическая лаборатория Великобритании. В 1969 г. Агентство перспективных исследований Министерства обороны США (Advanced Research Project Agency - ARPA) решило объединить суперкомпьютеры оборонных, научных и управляющих центров в единую сеть, которая получила название ARPAnet. В 1969 г. в сети было четыре компьютера, в 1971-м - четырнадцать, а в 1972-м - тридцать семь.

Сеть ARPA позволила перераспределить вычислительные мощности университетов и обеспечить равномерную загрузку ЭВМ в течение суток и снятие пиковых нагрузок, подобно тому как это осуществляется в единых энергетических сетях.

Далее было установлено, что основную нагрузку в сети составляют не вычисления, а коммуникации (почта и новости). Это привело к развитию систем электронной почты и телеконференций. Тем временем совершенствовалась технология обмена данными и на смену первым протоколам ARPAnet (1982 г.) были разработаны новые стандарты Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP).Первый из них описывает способ разбиения информационного сообщения на пакеты и их передачи, второй управляет адресацией в сети. Эти два протокола дали название всему семейству протоколов межсетевого обмена, разработанному в рамках Internet, - семейство протоколов TCP/IP. В 1977 г. TCP/IP начинают использовать другие компьютерные сети для подключения к ARPAnet. С 1984 г. Национальный научный фонд США начал вкладывать существенные средства в научную компьютерную сеть NSFnet. Эта сеть объединила в себе научные центры и университеты США. В качестве основы сети были выбраны протоколы семейства TCP/IP. В это время к NSFnetпримкнули NASA, DOE и National Institutes of Health. Так были образованы шесть первых доменов Internet: gov, mil, edu, com, org и net. Начиная с 1986 г. можно реально говорить о становлении глобальной компьютерной сети США - Internet.

Сравнение глобальных и локальных сетей.


Локальные сети сразу заняли свою особую нишу, отличную от ниши, занимаемой глобальными сетями. В то время как глобальные сети тяготели к области телекоммуникаций, локальные сети рассматривались в тесной связи с вопросами использования компьютеров. Это объяснялось существенными отличиями этих двух типов сетей, выражающимися в основном в различиях аппаратуры и методов передачи данных по каналам связи. Но все эти годы исследования в областях и локальных, и глобальных сетей не стояли на месте, и ситуация постепенно начала изменяться: если десяток лет назад локальные и глобальные сети представляли собой "два мира - две системы", то к настоящему времени явно просматривается тенденция к сближению этих "миров".

Рассмотрим отличия глобальных от локальных сетей, не принимая пока во внимание тех тенденций, которые появились в сетевых технологиях за последнее время. Эти тенденции мы обсудим, когда обратимся к вопросу сближения локальных и глобальных сетей.

Протяженность, качество и способ прокладки линий связи.

Итак, класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля. В то же время они не могут быть использованы на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям, из-за экономических ограничений. В глобальных сетях в основном используются уже существующие линий связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

Сложность методов передачи и оборудования.

В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуется использовать более сложные методы передачи данных, чем в локальных сетях. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы обмена с использованием скользящего окна, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить используемые здесь процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов, синхронных методов передачи, простейших методов контроля данных по четности и отказа от обязательного подтверждения получения пакета, во всяком случае на нижних уровнях стека протоколов.

Так как в локальных сетях использовались простые методы передачи данных, то более простым по сравнению с глобальными сетями оказалось и используемое здесь оборудование передачи данных, к которому до недавнего времени можно было отнести только сетевые адаптеры и пассивные концентраторы. В качестве узлов локальной сети в основном выступают персональные компьютеры, серверы и суперсерверы. В глобальных сетях широко используется более сложное и разнообразное оборудование передачи данных -модемы, мультиплексоры, коммутаторы, усилители, преобразователи сигналов, а в качестве узлов глобальной сети чаще используются большие машины класса мейнфреймов.

Скорость обмена данными.

Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10, 16 и 100 Мб/с) сравнима со скоростями работы периферийных устройств компьютера - дисков, мониторов и т.п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как "своим". Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400, 9600, 14400 и 28800 б/с, в последнее время - 56 и 64 Кб/с.

Топологии.

В то время как для локальных сетей характерно использование типовых топологий, таких как общая шина, звезда, кольцо, в глобальных сетях чаще используются топологии типа иерархическая звезда или произвольные смешанные топологии, причем географическое размещение пунктов, в которых сосредоточены компьютеры или коммутаторы, оказывает на топологию связей основное влияние.

Разделение каналов.

В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях пары соседних коммутаторов индивидуально используют отрезок кабеля, их соединяющего. Наличие общей среды передачи данных (во всяком случае в их базовых топологиях, таких как общая шина или кольцо) избавляет локальные сети от необходимости управления потоком данных для устранения перегрузок сети и потерь пакетов. В глобальных сетях такие процедуры необходимы, так как индивидуальные каналы всегда находятся в распоряжении конечных узлов или коммутаторов, и переполнение сети может наступить в случае слишком интенсивной генерации данных одновременно большим количеством узлов.


Уровень реализуемых функций модели ISO

В локальных сетях с типовой топологией оказывается достаточным использование только простых транспортных процедур (первых двух уровней семиуровневой модели), так как нет необходимости в маршрутизации. В глобальных сетях обязательно наличие еще, как минимум, функций сетевого уровня. Однако различие между глобальными и локальными сетями в модели OSI проявляется только на нижних уровнях. Во многих случаях протоколы на верхних уровнях одинаковы для обоих типов сетей.

Оперативность выполнения запросов.

Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию сервисов в режиме on-line (оперативный доступ), которые являются обычными для локальных сетей.

Масштабируемость.

"Классические" локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовой топологии, которая определяет способ подключения станций, например, общую шину и длину линии. При такой топологии характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость из-за допустимости произвольной топологии и алгоритмов управления потоками данных.

Набор сервисов.

Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг: различные виды файлового сервиса, принт-сервис, факс-сервис, сервис баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги, а иногда и ограничиваются только одним транспортным сервисом - передачей произвольных пакетов данных от узла отправителя к узлу получателя.

Активность транспортной сети.

В глобальных сетях транспортная сети, функцией которой является доставка пакета одного абонента другому, строится с использованием активных элементов - узлов коммутации, построенных на базе компьютеров, специально выделенных для этих целей. Именно коммутационные компьютеры управляют приемом и передачей данных, в частности, выполняют маршрутизацию. В локальных сетях транспортная подсистема пассивна и представляет собой просто физическую среду передачи электрических сигналов, а все функции по передаче пакетов выполняют обычные станции сети.

Отношение собственности.

Обычно локальные сети устанавливаются и эксплуатируются одной организацией, следовательно, они относятся к частным сетям передачи данных, а глобальные сети бывают и частными, когда они создаются одной большой частной фирмой (например, сеть компании Digital Equipment), и общественными (например, большая часть российских территориальных сетей).

Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей

Если принять во внимание все выше перечисленные различия локальных и глобальных сетей, то становится понятно, почему так долго могли существовать раздельно два сообщества специалистов, занимающиеся этими двумя видами сетей. Но за последние годы ситуация резко изменилась.

Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали задачи объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных географически удаленных друг от друга филиалах одного большого предприятия, были просто вынуждены обратить свои взоры к чуждому для них миру глобальных сетей и телекоммуникаций. Тесная интеграция удаленных локальных сетей не позволяет рассматривать глобальные сети как "черный ящик", представляющий собой только инструмент транспортировки сообщений на большие расстояния. Поэтому все, что связано с глобальными связями и удаленным доступом, стало предметом живейшего интереса для специалистов по локальным сетям.

С другой стороны, стремление повысить пропускную способность, скорость передачи данных, расширить набор и оперативность сервисов, другими словами, стремление , улучшить качество предоставляемых услуг - все это заставило специалистов по глобальным сетям обратить пристальное внимание на технологии, используемые в локальных сетях. Таким образом, в мире локальных и глобальных сетей явно наметилось движение навстречу друг другу, которое уже сегодня привело к значительному взаимопроникновению этих двух сетевых технологий.

Одним из проявлений этого "сближения, является появление сетей масштаба большого города (MAN), занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

Метод коммутации пакетов всегда был основным методом для локальных сетей, теперь с распространением сетей метрополий и технологии АТМ он становится основным и для глобальных сетей, причем не только глобальных компьютерных сетей, но и цифровых телефонных сетей, передающих одновременно голос, видеоинформацию и компьютерные данные (сети с интеграцией услуг).

Сближение в используемых методах передачи данных происходит и на платформе оптической цифровой (немодулированной) передачи данных по оптоволоконным линиям связи. Технология АТМ претендует на то, чтобы стать единым методом передачи данных как в локальных, так и в глобальных сетях. Из-за резкого улучшения качества каналов связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных и избыточных процедур обеспечения корректности передачи данных. Примером могут служить сети frame relay. В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочный пакет можно просто уничтожить, а все проблемы, связанные с его потерей, решить с помощью программ прикладного уровня, которые непосредственно не входят в состав сети frame relay.

За счет новых сетевых технологий и, соответственно, нового оборудования рассчитанной го на использование более качественных линий связи, скорости передачи данных в уже существующих коммерческих глобальных сетях нового поколения приближаются к скоростям локальных сетей (в сетях frame relay сейчас доступны скорости 2 Мб/с), а в экспериментальных глобальных сетях АТМ и превосходят их, достигая сотен мегабит в секунду.

Локальные сети, в свою очередь, перенимают некоторые родовые черты глобальных сетей. Почти все новые скоростные технологии используют специальные устройства - коммутаторы или концентраторы, которые передают пакеты между компьютерами, подключенными к этим устройствам, с помощью индивидуальных, а не разделяемых линий связи. В этих технологиях коммутаторы соединяют между собой по иерархической схеме. подобно тому, как это делается в телефонных сетях: имеются коммутаторы нижнего уровня, к которым непосредственно подключаются компьютеры сети, и имеются коммутаторы следующего уровня, которые соединяют между собой коммутаторы нижнего уровня и т.д. Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя данные нижних уровней. Описанными чертами глобальных сетей (не всегда всеми одновременно) обладают новые технологии Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN, а также технология АТМ.

Претерпевают изменения и классические технологии локальных сетей, такие как Ethernet и Token Ring. Появился новый класс концентраторов, так называемые коммутирующие концентраторы, которые используют технологию, близкую к технологии цифровой телефонной коммутации, для передачи данных между традиционными разделяемыми каналами локальных сетей. Такие концентраторы имеют в своих названиях родовую приставку switching, то есть коммутирующие, а технология коммутации традиционных протоколов локальных сетей называется LAN switching. С учетом изменений в технологии передачи пакетов по линиям связи основной топологией локальных сетей становится иерархическая звезда, характерная и для многих глобальных сетей, особенно общественных.

Сервисы on-line, оперативного доступа, становятся обычными и в глобальных сетях. Пример - гипертекстовые информационные службы World Wide Web.

В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Такое внимание обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в "большой мир" через глобальные связи. При этом часто используются одни и те же методы - шифрация данных, аутентификация пользователей, возведение защитных барьеров, предохраняющих от проникновения в сеть извне.

Высокая степень стандартизации, модульности и, вследствие этого - легкая расширяемость и масштабируемость теперь характерны не только для локальных, но и для глобальных сетей нового поколения. Все стандарты этих сетей предусматривают наращивание числа узлов и возможность объединения нескольких сетей в единую сеть. Появляются новые технологии, изначально предназначенные для обоих видов сетей. Если одна из таких технологий - АТМ - завоюет мир, то она станет общим стандартом для большинства локальных и глобальных сетей.

Типы глобальных сетей

Глобальные сети удобно грубо классифицировать по используемым в них методам коммутации. По этому признаку глобальные сети передачи данных делятся на сети с некоммутируемыми каналами, сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов.

Выделенные каналы представляют собой постоянные частные каналы связи, которые арендуются у телекоммуникационной фирмы. У вас должны быть высокие требования к пропускной способности глобальных связей для обоснования необходимости аренды выделенных линий, хотя потребность в комбинированной передаче речи, факсов и цифровых данных часто являются достаточным основанием для использования частных сетей и аренды линий. Примерами выделенных линий являются цифровые каналы 56/64 Кб/с. Т1/Е1 и каналы технологий SONET/SDH.

Рисунок 17.1. Способы коммутации в сетях

а) выделенные каналы, 6) сети с коммутацией каналов, в) сети с коммутацией пакетов


В сетях с коммутацией каналов между двумя конечными пользователями устанавливается временный выделенный канал, который существует в течение всего периода передачи данных. Канал образуется с помощью мультиплексирования с разделением времени или путем выделения каждому каналу определенной части имеющейся пропускной способности. Пользователи обладают этим каналом монопольно - то есть не разделяют его ни с кем другим, пока не разорвут соединение. По сетям с коммутацией каналов могут пересылаться речь, данные и изображения, хотя чувствительные ко времени сигналы в наибольшей степени соответствуют этому типу сетей. Примером коммерчески доступных сетей с коммутацией каналов являются сети ISDN (рисунок 17.16).

В сетях с коммутацией пакетов данные разделяются на пакеты и пересылаются по каналам, разделяемым множеством пользователей. Каждый пакет снабжается адресами источника и приемника, а также другой служебной информацией. По мере того, как пакет перемещается по сети, коммутирующее устройство читает эти адреса и перемещает пакет по нужному маршруту к адресу назначения. Эти сети часто называют сетями с виртуальными каналами. Сети с коммутацией пакетов наилучшим образом соответствуют трафику локальных сетей, который является асинхронным и неравномерным во времени. Примерами таких сетей являются сети frame relay и X.25 (рисунок 17.1в).

Пропускная способность по требованию - это новая концепция, в соответствии с которой пользователю предоставляется возможность затребовать такую пропускную способность канала, какая требуется его приложению. Такие услуги также позволяют платить только за ту пропускную способность, которая была использована, вместо того, чтобы оплачивать канал независимо от того, используется он полностью или нет. Сервисы "пропускная способность по требованию" появились в 90-е годы и могут поддерживаться различными сетями, такими как frame relay, ISDN, switched 56 и другими.

17.4. Выбор типа глобальных связей. 17.4.1. Измерение глобального трафика.

Одним из главных критериев при выборе типа глобальной связи является необходимая пропускная способность канала. Точная оценка необходимой пропускной способности для глобальных связей в общем случае требует привлечения математических методов, среди которых наиболее популярными для такого рода задач являются методы теории массового обслуживания. Необходимость таких точных оценок связана с тем, что интенсивность локального трафика не связана непосредственно с затрачиваемыми средствами. в то время как завышенные требования к пропускной способности глобального канала приводят к весьма значительным дополнительным затратам, например, к увеличению арендной платы за выделенный канал.

При оценке глобального трафика нужно учитывать следующие достаточно общие соображения.

• По глобальным связям передается только часть локального трафика. Очевидно, что за счет мостов, маршрутизаторов или шлюзов в глобальную связь передаются только те пакеты, адреса которых соответствуют удаленным локальным сетям. Для сокращения нагрузки на глобальную связь широковещательные локальные пакеты (пакеты протоколов RIP, SAP или пакеты watchdog) должны подвергаются фильтрации (технология стаффинга).

• Необходимо выяснить максимально допустимое с точки зрения пользователя время реакции системы, то есть время с момента возникновения удаленного запроса до момента поступления ответа на него.

• Следует максимально опираться на результаты измерения реального трафика в уже существующих локальных сетях или глобальных связях, которые могут быть использованы в качестве исходных данных для математических моделей вновь создаваемой сети. Используйте анализаторы протоколов для того, чтобы выяснить интенсивность пакетов каждого типа, их средний размер. Используйте генераторы пакетов для того, чтобы оценить предельный трафик, допустимый для имеющихся у вас мостов и маршрутизаторов, а также для того, чтобы определить средние времена фильтрации пакетов.

Итак. задача выбора глобальной связи сводится к выбору глобального канала, обладающего пропускной способностью, которая с тем или иным запасом oбecneчuвaлa бы требуемое время реакции для всех пользователей сети.


17.4.2. Этапы выполнения запроса

Процедура обслуживания удаленного запроса может быть представлена в виде последовательности этапов его обработки различными (программными и аппаратными) элементами сети. Рассмотрим, например, запрос на поиск записей в удаленной базе данных. Пусть сеть представляет собой два сегмента Ethernet, связанных между собой выделенной линией, и для связи локальных сегментов с глобальной линией используются маршрутизаторы. В этом случае можно выделить такие этапы обработки запроса:

• Подготовка запроса на клиентской станции.

• Передача запроса по сегменту Ethernet от клиентской станции к маршрутизатору

(при этом запрос в общем случае разбивается на несколько пакетов).

• Обработка запроса маршрутизатором сети-источника запроса.

• Передача запроса по глобальной связи.

• Обработка запроса маршрутизатором сети назначения.

• Передача запроса по сегменту Ethernet от маршрутизатора к серверу базы данных.

• Обработка запроса сервером и формирование ответа.

Время выполнения запроса равно удвоенной сумме этих времен. Учитывая, что время передачи запроса по глобальной сети, как правило, значительно превышает время выполнения остальных этапов, можно принять его в качестве грубой оценки времени выполнения запроса.

Поэтому прежде всего целесообразно оценить минимально возможное время передачи типичного пакета по глобальной связи в предположении, что эта связь является идеальной и передает полезные данные с номинальной скоростью. Чтобы представить порядок времен передачи для каналов с разной пропускной способностью, приведем результаты простейших расчетов для примера передачи пакета в 64 Кб.

Таблица 17.1

Номинальная пропускная способность

Время передачи

9.6 Кб/с

0.91 мин

38.4 Кб/с

0.23 мин

56.0 Кб/с

0.16 мин

112.0 Кб/с

4.7 сек

1.544 Мб/с

0.35 сек

6.312 Мб/с

0.08 сек

10 Мб/с

0.05 сек

Сравнивая эти цифры с типичными временами выполнения запросов приложениями (десятки миллисекунд), можно сделать вывод о том, что более тщательный анализ имеет смысл проводить, начиная со скоростей передачи выше 1 Мб/с.

Производители мостов и маршрутизаторов обычно приводят данные о том, сколько пакетов в секунду могут обработать их продукты. Этот показатель может оказаться и невостребованным, так как обычно узким местом является не производительность моста или маршрутизатора, а пропускная способность глобальной связи. Но уж если принимать во внимание производительность мостов и маршрутизаторов, то надо учитывать следующие соображения. Размер пакета, используемого при измерении производительности. часто меняется от производителя к производителю.

В таблице 17.2 приведены типичные значения скоростей обмена пакетами двух локальных сегментов Ethernet через глобальные каналы. Эта таблица дает возможность сопоставить типичные значения пропускной способности глобальных каналов связи с основной характеристикой производительности маршрутизаторов - числом пакетов, передаваемых в секунду. Данные в таблице вычислены для пакетов Ethernet минимальной длины 64 байта.


17.4.3. Компрессия.

Наряду с фильтрацией локальных пакетов для уменьшения нагрузки на глобальные связи применяется компрессия данных. Стандартом для мостов и маршрутизаторов является коэффициент компрессии 2:1, хотя имеются и коммерческие устройства с коэффициентом 6:1 и 8:1.

Компрессия дает хороший эффект для пакетов средних размеров и линий связи с низкой и средней пропускными способностями. Обычно компрессия используется на линиях со скоростями до 56 Кб/с.

Таблица 17.2

Hoмuнaльнaя пропускная способность

Пакеты в секунду

9.6 Кб/с

18

19.2 Кб/с

36

56.0 Кб/с

106

1.544 Мб/с

2909

10 Мб/с

14880

Многие приложения, например, графические пакеты, сами компрессируют данные в файлах, естественно, для таких данных компрессия не нужна. Для нескомпрессированных файлов, например, файлов баз данных, компрессия дает уменьшения объема данных на 13-20%. Текстовые файлы уменьшаются при компрессии в среднем на 25%, выполняемые файлы и другие объектные модули могут быть скомпрессированы до половины своей длины. Уже скомпрессированные файлы не могут вторично компрессироваться.

Недостатком компрессии являются дополнительные издержки времени. Мост или другое устройство должно затратить время на выбор наилучшего коэффициента компрессии, а затем сжать файл. Обычно чем выше коэффициент компрессии, тем больше времени нужно для сжатия файла. Мосты, как правило, осуществляют компрессию, но будьте осторожны - алгоритмы компрессии зависят от производителя. Файл, скомпрессированный мостом одного производителя, не может быть декомпрессирован мостом другого производителя. Следует отдавать предпочтение аппаратной компрессии, так как она гораздо быстрее.


17.4.4. Способы коммутации

Для соединения локальных сетей через глобальные в настоящее время используются три принципиально различных три типа глобальных сетей: с коммутацией каналов, выделенные линии и с коммутацией пакетов.

Выделенные линии и сети с коммутацией каналов наиболее подходят для сетей с централизованной топологией, а сети с коммутацией пакетов - для сетей с топологией "каждый-с-каждым" и смешанной топологией. С использованием выделенных линий можно также строить позвоночник частной корпоративной сети, к которому подсоединяются подсети. Если у вас имеется более четырех мест расположения филиалов, и вы хотите реализовать взаимодействие "каждый-с-каждым", то соединения типа "точка-точка" будут слишком дорогими, так как их потребуется 2" , где п - количество мест расположения филиалов.

Тип глобальной сети, который наилучшим образом подходит для вашей корпоративной сети, определяют несколько факторов:

• Требуемая топология глобальных связей вашей сети: централизованная топология, топология типа "каждый-с-каждым" или смешанная топология.

• Требуемые сервисы - передача только речи и данных, передача также и видеоинформации и т.п.

• Требуемая пропускная способность для обеспечения нормальной работы требуемых сервисов.

• Географическое расположение соединяемых мест определяет доступные там виды глобальных сервисов.

• Финансовые средства, отведенные для глобальных сервисов.

При построении корпоративной сети можно воспользоваться услугами общественной глобальной сети. можно создать свою частную глобальную сеть и можно создать комбинацию общественной и частной глобальных сетей. Большинство предприятий используют общественные глобальные сети для передачи данных между локальными сетями. Свои собственные глобальные сети предприятие создает тогда, когда по ним должны передаваться очень важные, ответственные данные, или же когда соответствующий сервис общественных сетей недоступен. При использовании общественных глобальных сетей все заботы о передаче данных между удаленными филиалами вашей организации берет на себя фирма, предоставившая вам глобальную связь. Она решает все вопросы, связанные с выбором промежуточного маршрута и обеспечением его надежности.

Если же глобальные связи представляют для вас особую важность, и вы хотите контролировать сами каждый этап передачи данных, то вам следует рассмотреть вариант построения собственной глобальной сети или вариант, в котором предусматривается комбинация частных и общественных глобальных связей.

Например, вы можете создать собственную сеть типа Т-1, затратив сравнительно небольшие средства. Даже для создания собственной глобальной сети предприятия обычно арендуют линии связи у фирм, специализирующихся в области телекоммуникационных связей. Если вы решили строить собственную глобальную сеть, то вам следует научиться поддерживать большое количество оборудования, которое телекоммуникационные компании уже имеют.

Итак, существует три варианта связи локальных корпоративных сетей через глобальные:

• использование общественных глобальных сетей; в этом случае необходимо приобрести и обслуживать своими силами только оборудование связи локальной сети с глобальной - например, мост, маршрутизатор, модем;

• создание полностью собственной глобальной сети, включая прокладку линий связи и установку коммутационного оборудования в центрах коммутации линий и того же оборудования связи локальной сети с глобальной;

• создание собственной глобальной сети, но на основе арендуемых линий связи, в этом случае по сравнению с предыдущим отпадает необходимость прокладывать и поддерживать линии связи.

Сети промежуточного масштаба

Сети промежуточного масштаба - MAN (Metropolitan Area Network) - городская или региональная сеть, т. е. сеть в пределах города, области и т. п. Информационные системы, в которых средства передачи данных принадлежат одной компании и используются только для нужд этой компании, принято называть сеть масштаба предприятия, или корпоративная сеть (Enterprise Network). Для автоматизации работы производственных предприятий часто используются системы на базе протоколов MAP/TOP. MAP (Manufacturing Automation Protocol) - сеть для производственных предприятий, заводов (выполняется автоматизация работы конструкторских отделов и производственных, технологических цехов). MAP позволяет создать единую технологическую цепочку от конструктора, разработавшего деталь, до оборудования, на котором изготавливают эту деталь.

Вопросы:

1. Дайте общую характеристику информационно-вычислительной сети;

2. Дайте определение локальной сети;

3. Дайте определение глобальной сети;

4. Что такое сети промежуточного масштаба;

5. Каково назначение сетей промежуточного масштаба;