Методика преподавания Интернет

Введение Современны е информационные системы продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенденцию р аспределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких систе м явились многомашинные ассоциации – совокупность вычислительных маш ин различной производительности, объединенных в систему с помощью кана лов связи. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являю тся компьютерные (вычислительные) сети различных уровн ей – от локальных до глобальных . Компьютер ная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовле творяющую требованиям распределенной обработки данных. Под системой понимается автономная совокупность, состоящая из од ной или нескольких ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборуд ования, терминалов, средств передачи данных, физических процессов и опер аторов, способная осуществлять обработку информации и выполнять функц ии взаимодействия с другими системами. Современное производство требует высоких скоростей о бработки информации, удобных форм ее хранения и передачи, необходимо им еть динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в з аданные временные интервалы. Для решения задач упр авления, обеспе чивающих реализацию экономической с тратегии, становятся важными и актуальными скорость удобство обмена ин формацией, а также возможность тесного взаимодействия всех уча ствующих в процессе выработки управленч еских решений. В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетно й обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочи тали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решить почти все к лассы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональн а их кол ичеству, и это приводило неэффективному использ ованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затр атах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров бы л затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте. Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требова ниям к недвижимости процесса обработки, затруднял развитие систем и не м ог обеспечить необходимые временные параметры при диа логовой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковремен ный выход из строя центральной ЭВМ приводил к роковым последствиям для с истемы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ , значительной увеличивая затраты на создание систем обработки данных. 1. Компьютерные сети Появление малых ЭВМ, микро ЭВМ и, наконец, персональных к омпьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, к созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в сис темах централизованной обработки данных к распределе нной обработке данных. Распределен ная обработка данных - обработка данных , на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляю щих распределительную систему. Для реализации распределительной обработки данных был и созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений: · многомашинные вычислител ьные комплексы (МВК) · компьютерные (вычис лительные) сети. Многомаш инный вычислительный комплекс – г руппа установленных рядов вычислительных машин, объединенных с помощь ю специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый инфор мационно-вычислительный процесс. Многомашинные вычислительные комплексы могут быть: Ш локальными , при условии установки компьютеров одном поме щении, не требующих для взаимосвязи специального оборудования и аннало в связи Ш диста нционными , если некоторые компьютеры комплекса устано влены на значительном расстоянии от центральной ЭВМ и для передачи данн ых используются телефонные каналы связи. Компьютерные сет и являются высшей формой многомашинно й ассоциаций. Выделяют основные отличия от многомашинн ого вычислительного комплекса: 1. Р азмернос ть. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно дв е, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вы числительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположе нных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров. 2. Р азде ление функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном ком плексе функции обработки данных , передачи дан ных и управления системой могут быть реализованы в одном ЭВМ, то в вычисл ительных сетях эти функции распределены между раз личн ыми ЭВМ. 3. Н еобх одимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от од ной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зави симости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом . 2 . Средства вычислительной техники Объединение в оди н комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов п ередачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждог о элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования спец иальной терминологии. Абоненты сети – объекты, генер ирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, промышленные ро боты, станки с числовым программным управлением и т.д. лю бой абонент сети подключается к станции. Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации. Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой . Для организации взаи модействия абонента необходима физическая передающая среда. Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и а ппаратура передачи данных. На базе физической передающей среды ст роится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информаци и между абонентскими системами. Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерн ую сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. 3 . Классификация вычислите льных сетей В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сет и можно разделить на три основных класса: · Г лобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, р асположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодейс твие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонн ых линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычисл ительные сети позволят решить проблему объединения информационных ре сурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам. · Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на зн ачительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной ст раны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров. · Локальная вычислительная сеть объедин яет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. Обычно та кая сеть привязана к конкретному месту. Это могут быть сети отдельных пр едприятий, фирм, банков, офисов и т. д. Объединение глоб альных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, эк ономически целесообразные средства обработки огромных информационны х массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. Локальны е вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональн ой сети, региональные сети – объединяться в составе глобальной сети и г лобальные сети могут также образовывать также сложные структуры. 4.Аппаратные средства передачи данных Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо соглас овать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов , пере даваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, частота и длительность сигнала), та к и кодовое. Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адап терами . Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одно го канала связи. Кроме одноканал ьных адаптеров используются и многоканальные устройства мультиплексоры передачи данных или мультиплексоры . Мультиплексоры передачи данных использовал ись в системах телеобработки данных – первом шаге на пути к созданию вы числительных сетей. В дальнейшем при появлении сетей со сложной конфигу рацией и с большим количеством абонентских систем для реализации функц ий сопряжения стали применяться специальные связные п роцессоры. Для передачи циф ровой информации по каналу связи необ ходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме инфо рмации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразова ть а н алоговые сигналы в поток битов , ко торые может обрабатывать ЭВМ. Такие преобразования выполняет специаль ное устройство – модем. Модем – это устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию и нформационных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме ЭВМ из канала связи . Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связ и. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономи ть на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на од ин внешний. Для выполнения функции коммутации используются специальны е устройства – концентраторы. Концентратор- это устройство, коммутир ующее несколько каналов связи и один путем частотного разделения. В локальной вычислительной сети , где фи зическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длин ы, для увеличения протяженности сети используются специальные устройс тва – повторители . Повторитель - устройство, об еспечивающее сохранение формы и амплиту ды сигнала при передачи его на большее расстояние, чем предусмотрено дан ным типом физической передающей среды. Существуют два вида повторителей: · Локальные – позволяют со единять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 50 метров. · Дистанционные - позв оляют соединять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 2000 метро в. 5 . Характеристики комм уникационной сети Для оценки качест ва коммуникационной сети можно использовать характеристики: § скорость передачи данных п о каналу связи § пропускную способность канала связ и § достоверность передачи информации § надежность канала связи и модемов Скорость пе редачи данных по каналу связи измеряется количеством б итом информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Скорость пе редачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации. Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала яв ляется его пропускная способность , которая оценивается количеством знаков, передав аемых по каналу за единицу времени – секунду. При этом в состав сообщени я включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способн ость определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная спос обность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структур а сообщений. Существенной характеристикой коммуникационной систе мы любой сети является достоверность передаваемой информации. Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе п роцесса, то от достоверности информации, в конечном счете, может зависет ь судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отно шение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппар атура, так и канал связи. Для вычислительных сетей этот показатель должен лежат ь в пределах 10 -6 - 10 - 7 ошибок / знак, т .е. допускается одна ошибка на миллион переданных знако в или на десять миллионов переданных знаков. Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо доли времени исправ ного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позво ляет более эффективно оценить надежность системы. 6 . Основные формы в заимодействия абонентских ЭВМ Самое существенн ое в работе вычислительной сети – определение набора функций, доступны х ее абоненту. Так как пользователи сети работают в определенных пред метных областях и используют сеть для решения своих прикладных задач, на до напомнить, что такое процесс и определить понятие прикладной процесс. Процесс – некоторая последова тельность действий для решения задачи определяемая программой. Прикладной процесс – некоторо е приложение пользователя, реализованное в прикладной программе. Значит, взаимодействие абонентских ЭВМ в сети можно рассматривать как в заимодействие прикладных процессов конечных пользователей через комм уникационную сеть. Коммуникационная сеть обеспечивает физическое соедин ение между абонентскими ЭВМ – передачу сообщений по каналам связи. Для того чтобы могли взаимодействовать процессы, между ними должна существ овать и логическая связь (процессы должны быть инициированы, файлы данны х открыты). Анализ работы вы числительных работ позволяет установить следующие формы взаимодейств ия между абонентскими ЭВМ: · терминал – удаленный про цесс, · терминал – доступ к удаленному файл у, · терминал – доступ к удаленной базе д анных, · терминал – терминал , · электронная почта. Взаимодействие терминал – удаленный процесс пр едусматривает обращение с терминала одной из абонентских ЭВМ к процесс у, находящемуся на другой абонентской ЭВМ сети. При этом устанавливается логическая связь с процессом и проводится сеанс работы с ним. Можно запу стить удаленный процесс, получить результаты обработки данных этим про цессом. Возможна также работа в режиме трансляции команд сетевой операц ионной системы на удаленную ЭВМ. При взаимодействии терминал – д оступ к удаленному файлу можно открыть удаленный файл, модифицировать его или произвести транспортировку этого файла на любо е внешнее устройство абонентской ЭВМ для дальнейшей работы с ним в локал ьном режиме. Работа в режиме терминал – досту п к удаленной базе данных аналогична предыдущей форме в заимодействия. Только в этом случае производится работа с базой данных в ее полном объеме в соответствии справами доступа, которыми обладает да нный пользователь вычислительной сети. Взаимодействие терминал – терм инал предусматривает обмен сообщениями между абонент ами сети в диалоговом режиме . Сообщения могут посылаться как отдельным абонентам, так и группам абонентов сети. Длина сообщения не должна превышать некоторой установ ленной для данной сети величины (обычно – строка на экране терминала). Форма взаимодейс твия электронная почта в последнее время стала очень распространенной. Каждый абонен т имеет на своей ЭВМ «почтовый ящик». Это специальный файл, в который записываются все пост упающие в его адрес сообщения. Конечный пользователь может проверять в н ачале работы свой «почтовый ящик», выводить сообщения на печать и переда вать сообщения в адрес других абонентов вычислительной сети. 7. Особенности организации локальных вычислительных сетей Основное назнач ение любой компьютерной сети- предоставление информационных и вычисли тельных ресурсов подключенным к ней пользователям. С этой точки зрения л окальную вычислительную сеть можно рассматривать как совокупность сер веров и рабочих станций. Сервер – это компьютер, подклю ченный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугам и. Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, у даленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребн ость в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер- источник р есурсов сети. Рабочая станция – персональн ый компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает д оступ к ее ресурсам. Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режи ме. Она оснащена собственной операционной системой ( MS DOS , Windows и т. д.), обеспечивает пользователя всем и необходимыми инструментами для решения прикладных задач. Один из типов серверов – файл-сервер – хранит данные пользователей сети и обеспечи вает им доступ к этим данным. Это компьютер с большой емкостью оперативн ой памяти, жесткими дисками большой емкости и дополнительными накопите лями на магнитной ленте. Он работает под управлением специальной операц ионной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользовател ей сети к расположенным на нем данным. Файл- сервер выполняет следующие функции: · хранение данных · архивирование данных · синхронизация изменений данных раз личными пользователями · передача данных Для многих задач использование одного файл- сервера оказывается недостаточным. Тогда в с еть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в ка честве файл- серверов мини- ЭВМ. Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных, которая в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент - зад ача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информации в базе д анных и т. д. Сервер, определенный ранее , выполняет запрос, поступивш ий от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к э тим данным и пере дает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обраб отки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины системы клиент- серве р или архитект ура клиент- сервера . Архитектура клиент – сервера может использоваться ка к в одноранговых локальных сетях (нет единого центра управления, система распределена по всем рабо чим станциям ), так и в сети с выделенным сервером (один из компьютеров выполняет функции хранения данных).