3.2. Сетевые информационные технологии и основные сетевые устройства

Становление информационных технологий связано с переходом от создания отдельных вычислительных центров к внедрению сетей электронных вычислительных машин.

Компьютерная сеть(сеть передачи данных) – система связи компьютеров и/или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование) (для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило – различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения).

В начале немного истории компьютерной связи.

Связь на небольшие расстояния в компьютерной технике существовала еще задолго до появления первых персональных компьютеров.

К большим компьютерам (mainframes), присоединялись многочисленные терминалы (или "интеллектуальные дисплеи"). Правда, интеллекта в этих терминалах было очень мало, практически никакой обработки информации они не делали, и основная цель организации связи состояла в том, чтобы разделить интеллект ("машинное время") большого мощного и дорогого компьютера между пользователями, работающими за этими терминалами. Это называлось режимом разделения времени, так как большой компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей. В данном случае достигалось совместное использование самых дорогих в то время ресурсов - вычислительных

Затем были созданы микропроцессоры и первые микрокомпьютеры. Появилась возможность “поместить компьютер на столе у каждого пользователя”, так как вычислительные, интеллектуальные ресурсы подешевели. Но зато все остальные ресурсы оставались еще довольно дорогими. А что значит голый интеллект без средств хранения информации и ее документирования? Не будешь же каждый раз после включения питания заново набирать выполняемую программу или хранить ее в маловместительной постоянной памяти. На помощь снова пришли средства связи. Объединив несколько микрокомпьютеров, можно было организовать совместное использование ими компьютерной периферии (дисков, принтеров и т.п.). При этом вся обработка информации проводилась на месте, но ее результаты передавались на централизованные ресурсы. Здесь опять же совместно использовалось самое дорогое, что есть в системе, но уже совершенно по-новому. Такой режим получил название режима обратного разделения времени. Как и в первом случае, средства связи снижали стоимость компьютерной системы в целом.

Затем появились персональные компьютеры, которые отличались от первых микрокомпьютеров тем, что имели полный комплект достаточно развитой для полностью автономной работы периферии, не говоря уже о более совершенных средствах интерфейса пользователя (мониторы, клавиатуры, мыши и т.д.). Периферия подешевела и стала по цене вполне сравнимой с компьютером. Казалось бы, зачем теперь соединять персональные компьютеры. Что им разделять, когда и так уже все разделено и находится на столе у каждого пользователя? Интеллекта на месте хватает, периферии тоже. Что же может дать сеть в этом случае?

Современные компьютерные сети играют значимую роль в развитии правовых информационных систем.

Самое главное – это опять же совместное использование информационных, вычислительных и периферийных ресурсов. То самое обратное разделение времени, но уже на принципиально другом уровне. Здесь уже оно применяется не для снижения стоимости системы, а с целью более эффективного использования ресурсов, имеющихся в распоряжении компьютеров. Например, сеть позволяет объединить объем дисков всех компьютеров, обеспечив доступ каждого из них к дискам всех остальных. Выполнять много процессорные задачи, при наличии соответствующего ПО. Кроме того, значительный экономический эффект организации или предприятия даёт использование сети, в которой приложения выполняются на сервере, получая входные данные от клиента, и возвращая результаты на локальный экран (пакет дополнений дляLinuxLTSP).

Нагляднее всего преимущества сети проявляются в том случае, когда все пользователи активно работают с единой базой данных, запрашивая информацию из нее и занося в нее новую. Никакими флэш-дисками тут уже не обойдешься: пришлось бы целыми днями переносить данные с каждого компьютера на все остальные, содержать целый штат курьеров. А с сетью все очень просто: любые изменения данных, произведенные с любого компьютера, тут же становятся видными и доступными всем. В этом случае особой обработки на месте обычно не требуется, и в принципе можно было бы обойтись более дешевыми терминалами (вернуться к первой рассмотренной ситуации), но персональные компьютеры имеют несравнимо более удобный интерфейс пользователя, облегчающий работу персонала. К тому же возможность сложной обработки информации на месте часто может заметно уменьшить объем передаваемых данных.

Классификации компьютерных сетей.

Для классификации компьютерных сетей используются разные признаки, выбор которых заключается в том, чтобы выделить из существующего многообразия такие, которые позволили бы обеспечить данной классификационной схеме такие обязательные качества:

• возможность классификации всех, как существующих, так и перспективных, компьютерных сетей;

• дифференциацию существенно разных сетей;

• однозначность классификации любой компьютерной сети;

• наглядность, простоту и практическую целесообразность классификационной схемы.

Определенное несоответствие этих требований делает задание выбору рациональной схемы классификации компьютерной сети достаточно сложной, такой, которая не нашла до этого времени однозначного решения.

В основном компьютерные сети классифицируют по признакам структурной и функциональной организации.

Рассмотрим несколько примеров классификаций сетей.

◊ По масштабу охваченной территории

• Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

• Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

• Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

• Региональные сети (Campus Area Network – CAN)

• Глобальная вычислительная сеть (WWW, World Wide Web)

Остановимся несколько подробнее на основных типах сетей этой классификации.

Персональная сеть (англ. Personal Area Network, PAN) – это сеть, построенная «вокруг» человека. Данные сети призваныобъединятьвсеперсональные электронные устройства пользователя(телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки, гарнитуры и.т.п.). К стандартам таких сетей в настоящее время относят Bluetooth, Zigbee, Пиконет. Основные характеристики PAN:

• малое число абонентов;

• некритичность к наработке на отказ;

• все устройства входящие в PAN-сеть можно контролировать;

• малый радиус действия (100 футов (30 метров));

• сеть должна поддерживать до 8 участников.

В силу того, что малое число абонентов – нет арбитража среды, то есть кто и как может работать с этой сетью никак не контролируется.

Локальная вычислительная сеть(ЛВС,локальная сеть,Local Area Network, LAN) – компьютерная сеть, покрывающая относительно небольшую территорию (дом, офис, фирму, институт).

Глобальная вычислительная сеть(ГВС, WAN – Wide Area Network,) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров.

Предназначены для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. Лучшим примером ГВС является Интернет, но существуют и другие сети, например FidoNet.

Некоторые ГВС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных.

◊ По типу сетевой топологии(рассмотрено подробнее в вопросе “Виды топологии компьютерных сетей”).

◊ По необходимости поддержания постоянного соединения

• Пакетная сеть, например Фидонет и UUCP.

• Онлайновая сеть, например Интернет и GSM.

◊ По скорости передачи информации:

• низкоскоростные (до 10 Мбит/с);

• среднескоростные (до 100 Мбит/с);

• высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).

◊ По сетевым ОС

• На основе Windows

• На основе UNIX

• На основе NetWare

• Смешанные

◊ По типу среды передачи сигналов в сети

• проводные (коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные) и

• беспроводные (передача по радиоканалам с использованием технологийWiFiиWiMAXи т.д. и в инфракрасном диапазоне (в пределах прямой видимости объектов)).

Основные сетевые устройства.

Моде́м(аббревиатура, составленная из словмодулятор-демодулятор) – устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем). Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. При этом формирование данных для передачи и обработку принимаемых данных осуществляет терминальное оборудование, в простейшем случае – персональный компьютер.

Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface controller) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

Устройства в сети “общаются” посредством специальных “протоколированных” сообщений (сетевой протокол – это правила передачи данных между узлами компьютерной сети).

Кроме модема есть ещё хаб, свитч, роутер – что означают все эти слова, какие между ними отличия, и вообще из чего состоят сети?

Самый простой тип таких устройств, сейчас уже практически не производящийся – хабили сетевой концентратор – повторяет данные, приходящие на один порт по всем другим.

Сетевой коммутатор(switch– переключатель) – устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Маршрутизатор(router) объединяет отдельные сети в сложную сеть и выбирает из альтернативных маршрутов для передачи пакетов данных между двумя конечными узлами – один, более оптимальный в каком-то смысле (например, по времени передачи пакета).Маршрут– адреса последовательных маршрутизаторов, которые проходит пакет от отправителя до адресата. Ряд моделей маршрутизаторов выполняют и функцию сетевого экрана

Межсетевой экран или сетевой экран – комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов. Основной задачей сетевого экрана является защита компьютерных сетей или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Также сетевые экраны часто называют фильтрами, так как их основная задача – не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации. Другие названия (литературные и разговорные): “файрво́лл”, “файрво́л”, “файерво́л”, “фаерво́л” (en. – “firewall”), “брандма́уэр” (нем.).

Глобальная сеть Интернет.

Интерне́т(Internet, отInterconnectedNetworks – объединённые сети) – глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов, служит физической основой для т.н. всемирной паутины (изначально проект американского оборонного ведомства, обеспечивающего эффективную связь военных и правительственных сетей).

Всеми́рная паути́на(World Wide Web) – распределенная система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету. Всемирную паутину образуют миллионы web-серверов. Большинство ресурсов всемирной паутины представляет собой гипертекст. Гипертекстовые документы, размещаемые во всемирной паутине, называются web-страницами. Несколько web-страниц, объединенных общей темой, дизайном, а также связанных между собой ссылками и обычно находящихся на одном и том же web-сервере, называются web-сайтом. Для загрузки и просмотра web-страниц используются специальные программы – браузеры (для обозначения Всемирной паутины также используют слововеб(web) и «WWW»).

Часто, говоря об Интернете, имеют в виду именно Всемирную паутину, однако это не одно и то же. В процессе реализации проекта Интернет оказалось, что модель взаимодействия между компьютерами может эффективно применяться и для создания образовательных, коммерческих, научных, исследовательских и других сетей, то есть для создания глобальной информационной инфраструктуры, в результате чего Интернет стал международной коммуникационной средой. Доступ в Интернетполучают через поставщиков информационно – коммуникационных услуг (провайдеров).

Архитектура сетевых протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), на базе которых построена Интернет, позволяет соединять через так называемые шлюзы совершенно разнородные подсети – локальные, корпоративные, национальные, региональные и специализированные сети, другие глобальные сети. К этим сетям могут подключаться компьютеры различных платформ.

Интернет позволяет получить необходимую информацию в “онлайновом” режиме, т.е. в тот момент, когда она необходима. Для передачи сообщения компьютеру другой подсети используется межсетевой язык – семейство протоколов TCP/IP (TransmissionControlProtocol–протокол контроля передачи).Передача данных осуществляется по принципуустановка соединения, передача пакета (части данных), ожидание подтверждения о получении, передача следующего пакета (при наличии подтверждения). Благодаря наличию в стандартномTCPпакете служебной информации принимающий компьютер может произвести первичную проверку целостность полученных данных. Сообщение идет по определенной цепочке шлюзов и подсетей, пока оно не достигнет нужной подсети и адресата в ней (подробнее этот вопрос рассмотрим в разделе “Основные протоколы и сервисы Интернета”).

Технические и технологические возможности современного этапа развития научно-технического прогресса позволяют сетям выйти за границы не только регионов, но и стран. Наиболее популярна и развита в настоящее время глобальная система коллективного пользования Интернет. В основе сети — система серверов, связь между которыми обеспечивается общедоступными каналами связи. Формирование ресурсов Интернет — доходный бизнес, для этого требуется много мощных ЭВМ и скоростных каналов связи. Ресурсы сети оказались привлекательными и стали предоставляться экономической и социальной инфраструктуре общества. В ее среде формируется бизнес распределенных компаний. И не в последнюю очередь с использованием глобальных информационных сетей мировая экономика глобализируется.

Доступ к ресурсам сети Интернет в равной мере определяется всеми ее компонентами. Это и телефонные сети, и сеть серверов сети Интернет, обеспечивающих непосредственное подключение абонента к ресурсам сети, и телекоммуникационные магистрали, поддерживающие глобальные коммуникации. Видно, что Интернет-технология может стать эффективной только при наличии развитой специальной инфраструктуры, в которой ключевыми являются телекоммуникационные составляющие и вычислительные мощности серверов.

С появлением Интернет осуществляется глобализация технологий во всемирном масштабе. В этой сети информационный поток, вводимый клиентом, получает адрес и автоматически находит кратчайший путь до адресата. При этом при технических или иных сбоях в сети информация находит обходные сети, что позволяет работать ей без перерывов.

Использование Интернет даёт ряд преимуществ в бизнесе:

1. Клиент открывает страницу Интернет. Т.е., вводит в сеть массив о своей деятельности. Это позволяет заявить о себе, как о производителе какой-либо продукции или услуге, прорекламировать себя.

2. Для каждого клиента ограничен целевой поиск по сети. То есть, достаточно быстро возможно найти партнеров по бизнесу, заключить сделку, договориться о совместной деятельности.

3. На основе информации, имеющейся в сети, возможно определить конкурентоспособность своей продукции и услуг, определить конъюнктуру рынка, что позволит скорректировать собственную производственную деятельность.

4. Оперативно можно получать информацию о последних достижениях в интересующей области с целью возможного их использования.

5. Мгновенная связь между клиентами позволяет точно определить текущую рыночную ситуацию, снизить степень рисков при заключении сделок, быстро реагировать на изменение рынка, ликвидировать промежуточные звенья между покупателем и продавцом, индивидуализировать производство товаров и услуг, работая по заказам потребителя.

Совокупность БД и СУБД образуют информационно-поисковую систему (ИПС).

Методы доступа к информационным ресурсам. С точки зрения пользователя методы доступа к ИР можно разделить на две основные группы: информационное обслуживание и диалоговый доступ к электронным ресурсам.

Информационное обслуживание предполагает выполнение работ по поиску и отбору интересующей пользователя инф-ции персоналом инф-го органа и доставку её пользователю тем или иным способом. В режиме диалогового доступа пользователь сам выбирает необходимую ему инф-цию и получает её непосредственно в ходе поиска.

Методы информационного обслуживания (ИО) можно разделить на две группы: общее ИО и избирательное ИО. Общее ИО предполагает выпуск сборников документов, реферативных изданий, каталогов, справочников и т.д. Избирательное ИО предусматривает оповещение отдельных организаций или специалистов о появлении новых документов, материалов, публикаций, представляющих для них интерес. Этот тип ИО проводится постоянным инф-ным запросам, к-ые формулируются непосредственно потребителями. Пользователь получает инф-цию, предназначенную специально для него.

Методы диалогового доступа можно разделить группы: доступ в режиме непосредственного взаимодействия (локальные сети; Интернет); использование электронных изданий.

Использование электронных изданий.

Электронное издание – самостоятельный законченный продукт, содержащий информацию, представленную в электронной форме, и предназначенный для длительного хранения и многократного использования неопределенным кругом пользователей, все копии которого соответствуют оригиналу. Основные виды электронных изданий: электронные текстовые эквиваленты печатных изданий; электронные образы печатных изданий с факсимильным отображением страниц; текстовые БД (библиографические, адресные, статистические, лингвистические и др.) в том числе и полнотекстовые; мультимедийные продукты; смешанные программно-информационные продукты. Можно сказать, что электронные издания представляют собой предназначенные для распространения копии компьютерных файлов документов, БД и других информационных ресурсов.