1. Сетевые информационные технологии

В 1960-е годы появились первые вычислительные сети (ВС) с ЭВМ. С этого времени собственно и появляются сетевые информационные технологии, позволившие объединить технологии сбора, хранения, передачи и обработки информации на ЭВМ с техникой связи.

Сеть (Network) – это взаимодействующая совокупность объектов, связанных друг с другом линиями связи.

В информационных процессах, системах и технологиях под термином “сеть” понимают как минимум несколько компьютеров и иных вычислительных машин, соединённых между собой с помощью специального оборудования для обеспечения вычислений и обмена различными видами информации. Сложные сети подразумевают большое количество пользователей, разветвлённую структуру, узлы коммутации и коммуникации, соединяющие всех в единую структуру.

Основу сетевых технологий составляют вычислительные сети – средства связи (телекоммуникации), с помощью которых распределённые в пространстве компьютеры объединяются в систему.

Вычислительную сеть называют также сетью ЭВМ или компьютерной сетью (Computer network). Она представляет вычислительный комплекс, включающий территориально распределённую систему компьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему.

Почти сразу же с появлением вычислительных сетей, они стали использоваться для обмена различного рода данными (сети передачи данных) и информацией. Развитие компьютерных сетей и сетевых технологий показало возможность с их помощью организовать широкомасштабное информационное обеспечение людей.

Это привело к тому, что вычислительные сети, обеспечивающие обмен информационными ресурсами, стали называть “информационными сетями”, представляя разновидность коммуникационных сетей.

При этом не предполагается отказаться от проведения сетевых вычислений, более того эта технология постоянно совершенствуется, и ныне объединённые в информационную сеть суперкомпьютеры позволяют проводить сверхбыстрые вычисления, связанные с потребностями любых предметных областей.

Отметим, что по области использования (распространения) выделяют локальные, региональные (территориальные) и глобальные сети.

Они имеют по сравнению с WAN менее развитую архитектуру и используют более простые методы управления взаимодействием узлов сети. Небольшие расстояния между узлами сети и простота управления системой связи позволяют обеспечивать высокую скорость передачи данных.

В ЛВС расстояние между компьютерами обычно ограничено до 1–2,5 км, скорость передачи информации составляет более одного Мбит/с. Такая сеть состоит из трёх основных компонент: одной или нескольких центральных (главных) машин (серверов), рабочих станций и коммуникаций.

ЛВС легко адаптируются к изменённым условиям эксплуатации и модернизируются. Они обладают гибкой архитектурой, что позволяет легко изменять места дислокации соответствующих РС. Хотя нет чёткой классификации ЛВС, обычно выделяют следующие признаки: назначение, топология, типы используемых ЭВМ, организация управления, передачи информации, методы теледоступа и доступа, физические носители информации и др.

Обычно их делят по территориальному признаку на региональные и глобальные сети.

Поэтому региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network). К региональным относятся корпоративные сети (сети масштаба предприятия), связывающие между собой ЛВС, охватывающие территорию, как правило, представляющую одно или несколько близко расположенных зданий, входящих в состав этой корпорации (предприятия). Они образуют сложные информационные системы (инфосистемы) с распределённой информационной архитектурой.

К корпоративной информационной системе (КИС) относится “Интранет”. Эта технология подразумевает единство для внутреннего пользователя и внешнего потребителя, которым может быть один и тот же человек. Внутренним пользователем он является для своей организации, а внешним потребителем – для сторонней компании. Метод удобен для использования при работе организаций со своими филиалами, а также в различных корпорациях.

Глобальная вычислительная сеть (Wide Area Network, WAN) – это множество географически удалённых друг от друга компьютеров (host-узлов), взаимодействующих между собой с помощью коммуникационных каналов передачи данных и специального программного обеспечения – сетевых операционных систем. Хост-компьютеры – мощные многопользовательские вычислительные системы (сервера), а также специализированные компьютеры, выполняющие функции коммуникационных узлов. Пользователи персональных компьютеров становятся абонентами такой сети после подключения своих компьютеров к её основным узлам.

В зависимости от принятого способа управления сети делятся на: централизованные, децентрализованные и смешанные.

Интернет децентрализованная интерсеть. Принцип её построения заключается в организации магистралей (высокоскоростных телефонных, радио, спутниковых и других линий связи) между центральными узловыми станциями.

Рост информационных систем, объединяющихся между собой для обмена информацией и решения других задач, инициировал создание международных сетей, а затем и Интернета. Это способствовало появлению интернет технологий.

Современные сетевые технологии представляют возможность работать в отложенном (оффлайн) и интерактивном (онлайн) режиме, обеспечивают связь с любыми доступными информационными источниками, позволяют осуществлять профессионально-ориентированное консультирование и обучение и др.

Онлайновые технологии включают интерактивные виды услуг в интернете: ISQ, интернет-телефонию и др.

Оффлайновые технологии включают: списки рассылки, группы новостей, веб-форумы, электронную почту и т.д.

В информационных сетях управляющие системы называются серверами. Под термином “сервер” (англ. “server” – обслуживающий процессор, узел обслуживания) понимают подключенную к сети, достаточно мощную вычислительную машину, обладающую определёнными ресурсами общего пользования, а также, как правило, возможностью объединять некоторое количество компьютеров как в локальной, так и в глобальной информационных сетях. Сетевые узлы с серверами, называют хостами (англ. “host” – хозяин). Обычно они становятся провайдерами Интернета.

Серверы обычно выполняют функции административного управления в сети и при этом называются администраторами системы. В их задачи входит проверка работоспособности системы (каналов, компьютеров, программ и т.п.); выявление сбоев, несанкционированного доступа и других нарушений в сети; восстановление работоспособности сети; учёт работы сети, подготовка отчётов о её работе и предоставление пользователям информации о ресурсах сети.

По назначению серверы делятся на: файловый, коммуникационный, приложений, почтовый и др. Кроме того, в сетях используют: сервер баз данных (“Data Base Server”), принт-сервер, факс-сервер и др.

Подключённые в сети к серверам компьютеры называют рабочими станциями (РС) или клиентами. Разница заключается в применяемом программном обеспечении, позволяющем использовать компьютеры в сети только как сервер или как РС. Возможен вариант, когда любой компьютер в сети может быть в одних условиях сервером, а в других – “клиентом”. “Клиентом” обычно считается менее мощный компьютер, ресурсы которого не предоставляются в совместное использование в сети. Сеть, образованная из компьютеров “серверов” и “клиентов” и базирующаяся на ПО, обеспечивающем их работу в таких режимах, называется “клиент-серверной”.

С точки зрения организации существует разделение сетей на три вида: реальные, искусственные и одноранговые.

К реальным сетям относят такие, в которых компьютеры соединяются между собой по определённой схеме посредством специальных устройств – сетевых адаптеров и требуется присутствие специалистов, осуществляющих контроль и эксплуатацию таких сетей. Они называются “real network или Network With an Attitude” (NWA).

Искусственные сети не требуют специального сетевого жёсткого диска. Компьютеры в этих сетях связываются между собой через последовательные или параллельные порты без специальных сетевых адаптеров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой (англ. “zero-slot network”), так как ни в один из слотов компьютера не включен сетевой адаптер. Такие сети работают очень медленно и, как правило, позволяют осуществлять одновременную работу лишь с двумя компьютерами.

Одноранговые сети организуются по принципу “равный среди равных” (англ. “peer-to-peer network”) и относятся к промежуточному типу между реальными и искусственными. В такой сети в зависимости от необходимости каждый компьютер может быть сервером или РС. Например, РС с подключённым к ней принтером может использоваться как сетевой сервер печати и т.п. Преимущество таких сетей заключается в предоставлении ими почти таких же возможностей (сервисов), как и в реальных сетях, при том, что их гораздо легче устанавливать и обслуживать. Кроме того, не требуется однозначно выделять серверы, так как любой компьютер может быть сервером и одновременно клиентом.

Структура построения сетей (топология), в первую очередь, определяется способом соединения компьютеров между собой.

В общем случае различают “шинное” (параллельное подключение компьютеров к одной линии связи), звездообразное (радиальное, т.е. когда все РС соединяются с сервером), кольцевое и смешанное соединения компьютеров в сеть. К смешанному относят как одновременное использование названных выше способов соединения, так и иерархическое, многосвязное (в этом случае каждый компьютер соединяется со всеми остальными в сети) соединение компьютеров в сеть.

С точки зрения количества используемых ЭВМ сети можно разделить на малые (до 10 ПК), средние (до 30 ПК) и большие (более 30 ПК).

По типу используемых средств передачи информации сети бывают проводные (кабельные), беспроводные (радио и спутниковые) и комбинированные.

Важным аспектом сетевых технологий является выбор метода передачи сообщений в сети. Известны и используются три метода передачи: метод передачи с приоритетным доступом, метод с челночным опросом и метод пакетов-маркеров. Существуют варианты использования смешанных типов передачи данных.

Метод передачи с приоритетным доступом. С передающего компьютера поступает запрос на передачу информации. Ему предоставляется канал во временное пользование. Все остальные компьютеры сети ожидают окончания сеанса передачи.

Метод с челночным опросом. В сети циркулирует информационный пакет с пустым интервалом и последовательно опрашивает все компьютеры на потребность передачи ими информации. Если такая потребность имеется, движущийся интервал подхватывает возможный для передачи информационный пакет и переносит его адресату.

Метод пакетов-маркеров. Этот метод подобен контейнерным перевозкам, когда подготовленное к передаче сообщение “конвертируется” (преобразуется) в пакеты с адресом и ждёт оказии с транспортёром, которым в данном случае является маркированный интервал времени. Этот интервал может использоваться только одним компьютером.

По методам передачи данных существуют сети с:

1) передачей данных по выделенным каналам связи;

2) коммутацией каналов;

3) коммутацией сообщений;

4) коммутацией пакетов сообщений.

Сетевые протоколы

Для возможности создания и эффективного функционирования любой сети необходимо стандартизировать методы работы в ней. С этой целью разрабатываются и используются сетевые протоколы.

Передача и приём сообщений в любых компьютерных сетях осуществляется с помощью специальных протоколов обмена данными, представляющих набор семантических и синтаксических правил, определяющих поведение функциональных блоков в сети.

На низком уровне обмен данными между ПК производится методом передачи пакетов сообщений. Протоколы среднего уровня NetBIOS, IPX/SPX, TCP/IP обычно выполняют функции транспортного средства, позволяя компьютерам сети обмениваться данными друг с другом. Протоколы высокого уровня обеспечивают перенаправление файлов и обслуживание файл-серверов методом передачи пакетов сообщений с использованием протоколов среднего уровня.

В Интернет данные пересылаются в пакетах с помощью протокола IP.

IP-протокол (Internet Protocol) является межсетевым протоколом. Он обеспечивает доставку сетевых пакетов с информацией и межмашинные коммуникации. Протокол управляет адресацией пакетов, направляя их по разным маршрутам между узлами сети, и позволяет объединять различные сети.

Правила работы с пакетами данных называются протоколом TCP.

TCP-протокол (Transmission Control Protocol) служит для организации надёжной полнодуплексной связи между конечными пунктами (узлами) обмена информацией в Интернете. Он преобразует сообщения в поток пакетов на передающей стороне и собирает полученные пакеты в сообщения на приёмной стороне. Протокол TCP основан на протоколе IP, поэтому их обычно обозначают вместе – TCP/IP. Эти межсетевые протоколы управляют передачей данных в сети.

Для приёма и отправки сообщений в Интернете используются специальные протоколы POP3 и SMTP. Протокол POP3 (Post Office Protocol, версия 3) позволяет компьютеру пользователя загружать поступающую почту через телефонную сеть, а протокол SMTP (Simple Mail Transport Protocol) используется для отправки почты с компьютера пользователя. Протокол POP3 предусматривает обращение почтового пользователя сети к почтовому серверу с предложением забрать пришедшие письма, сообщает серверу имя ящика и пароля, загружает сообщения клиенту и удаляет их из почтового ящика. С помощью SMTP происходит накопление отправляемых писем и обеспечение их получения адресатом.

FTP – протокол файлового обмена. Он используется для пересылки файлов с одного компьютера на другой, например, для получения клиентом файлов с FTP-сервера.

Telnet – протокол эмуляции терминала. Он служит для управления в сети (в т.ч. Интернете) одним компьютером с помощью другого. При этом можно не только просматривать файлы другого компьютера, но и использовать его программы (теледоступ).

Существуют и другие протоколы. Так, в Интернете используется стандарт OSI (Open Systems Interconnection), обеспечивающий взаимосвязь открытых систем для европейских информационных сетей.