Новые технологии в телекоммуникациях. Основные направленияразвития телекоммуникационных технологий

Приближающийся XXI век можно смело назвать веком “информационного сообщества”. К важнейшим факторам, оказывающим политическое воздействие на процесс формирования информационного сообщества, следует отнести:

* разработку проектов создания глобальной международной информационной инфраструктуры Комиссиями Европейского Сообщества и Совещаниями глав правительств - членов большой семерки;
* широкомасштабную европейскую инициативу European Information Technology Observatory (EITO), задача которой - выработка всеобъемлющего взгляда на европейский рынок информационных технологий и оказание услуг, предоставляемых данной индустрией как отдельным пользователям, так и общественным организациям;
* общеевропейскую исследовательскую программу по созданию развитых коммуникационных технологий R&D in Advanced Communications Technologies in Europe (RACE);
* программу создания национальной информационной инфраструктуры США National Infrastructure Plan (1993 год) и Закон США о телекоммуникациях 1996 года; * программу развития средств связи и информатики Министерства связи России, проекты Ростелекома (Центральный и Южный), Межведомственную программу РАН, Министерства науки, Госкомвуза и РФФИ “Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы”.

Ключевую роль в формировании информационного общества играют телекоммуникационные технологии, которые определяют темпы и качество его построения. Понятие “телекоммуникационные технологии построения сетей передачи информации” возникло лишь в середине XX века, но уже к концу его мы наблюдаем проникновение этих технологий во все сферы человеческой деятельности. Сети передачи информации совершили колоссальный скачок от телеграфных и телефонных сетей первой трети ХХ века к интегральным цифровым сетям передачи всех видов информации (речь, данные, видео). К факторам, определившим прогресс в этой сфере, в первую очередь следует отнести развитие микроэлектронной индустрии и вычислительной техники, а также последние успехи в технологии световодных систем. Телекоммуникационные технологии развивались параллельно и взаимоувязано с возможностями каналов связи (от аналоговых к высокоскоростным цифровым волоконно-оптическим линиям связи) и компьютеризацией общества.
Этапы развития телекоммуникационных технологий

В числе основных этапов развития телекоммуникационных технологий (рис.1) следует назвать:

Телеграфные и телефонные сети (докомпьютерная эпоха);
- передача данных между отдельными абонентами по выделенным и коммутируемым каналам с использованием модемов;
- сети передачи данных с коммутацией пакетов: дейтаграммные или использующие виртуальные соединения (типа Х.25);
- локальные вычислительные сети (наиболее распространенные - Ethernet, Token Ring);
- цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN) - узкополосные, а затем широкополосные;
- высокоскоростные локальные сети - Fast Ethernet, FDDI, FDDI II (развитие FDDI для синхронной передачи речевой и видеоинформации);
- высокоскоростные распределенные сети Frame Relay, SMDS, АТМ;
- информационные супермагистрали.

Наиболее впечатляющие успехи телекоммуникационных технологий наблюдаются в последние 15 лет. В их числе можно назвать следующие технологии.

Х.25. Долгое время наиболее распространенным в технологии передачи данных был подход, основанный на идеологии пространственно-временной коммутации пакетов данных, определяемой рекомендациями МККТТ Х.25 (рис.2). Характерные черты данной технологии - организация передачи пакетов по временно создаваемым виртуальным каналам, а также достаточно сложные функции управления процессом передачи, возлагаемые на сеть с целью повышения надежности доставки информации пользователю. Подвергавшаяся многочисленным исследованиям и усовершенствованиям, она и по сей день является основой широкого класса телекоммуникационных сетей. Одна из причин этого - удовлетворительное функционирование в условиях использования каналов связи низкого и среднего качества, а также хорошо отработанные за многие годы аппаратные и программные средства.

Области применения:

Каналы низкого и среднего качества;
- передача данных на низких и средних скоростях (1,2-128 Кбит/с);
- простое пользовательское оборудование;
- подключение абонента по коммутируемым каналам.

Особенности:

Виртуальные соединения;
- альтернативная маршрутизация;
- обнаружение и исправление ошибок в каждом узле.

TCP/IP. Передача данных в соответствии с протоколами TCP/IP основана на дейтаграммном методе коммутации, характерная черта которого - независимая маршрутизация пакетов (рис.3). Исторически ряд специальных сетей, например сеть Министерства обороны США ARPANET, были организованы с использованием данной технологии, которая сохраняет актуальность и успешно конкурирует с методом виртуальных соединений. Об этом свидетельствует широкое использование TCP/IP в сети Internet.

Области применения:

Каналы низкого, среднего и высокого качества;
- широкий диапазон скоростей передачи данных (от 1,2 Кбит/с до десятков Мбит/с.)
- возможность использования как в распределенных, так и в локальных сетях.

Особенности:

Пакетная коммутация в дейтаграммном режиме;
- высокий уровень адаптации к нарушениям в сети благодаря возможности изменения маршрута в каждом узле сети;

ISDN. В связи с необходимостью повышения качества и расширения спектра услуг, предоставляемых сетью, и совершенствованием средств передачи цифровой информации с середины 80-х годов во многих странах начали активно развиваться цифровые сети интегрального обслуживания (ЦСИО, ISDN), вначале узкополосные (У-ЦСИО, N-ISDN), а в последующем и широкополосные (Ш-ЦСИО, В-ISDN) (рис.4). Главная задача ISDN - передача разнородной информации с высокой скоростью, включая передачу речи, телетекста, видеотекста, электронной почты для В-ISDN-телеконференции, передача ТВ-изображений, распределенная обработка информации.

Один из ключевых вопросов, относящихся к В-ISDN, - выбор метода коммутации: коммутация каналов (аналогичная традиционной системе в обычной телефонной сети, при которой для каждого соединения устанавливается физический канал между корреспондирующей парой абонентов) или некая разновидность пакетной коммутации (при которой сеть передает информацию, организованную специальным образом в пакеты данных, снабженные адресом, куда они должны быть доставлены).
Метод пакетной коммутации - более гибкий с точки зрения скорости передачи и оптимален для передачи разнородного трафика.

Frame Relay (FR). Данная технология является разновидностью метода пакетной коммутации (рис.5). Она возникла и развивалась как технология, ориентированная на передачу данных, однако все шире используется для организации обмена речевой и даже видеоинформацией. Характерная особенность технологии - частичный отказ от сложных процедур обнаружения и исправления ошибок при передаче информации по каналам связи. Благодаря этому достигается максимально полное использование пропускной способности каналов и ресурсов коммутационного оборудования.

Технология FR представляет собой эффективное средство соединения локальных сетей. Наряду с этим за счет мощных механизмов мультиплексирования и управления потоками она обладает высоким потенциалом интеграции и повышения производительности глобальных и национальных сетей, особенно в условиях большого разнообразия протоколов передачи информации в сеть.

Области применения:

Каналы среднего и высокого качества;
- передача данных со скоростями от 56 Кбит/с до 2048 Кбит/с;
- передача голосовой и факсимильной информации;
- интеллектуальное пользовательское оборудование;
- LAN-to-LAN;
- LAN-to-WAN.

Особенности:

- стирание искаженных кадров (фреймов) на узлах сети;
- обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя.

АТМ. В последние годы национальные и международные организации по стандартам заметно продвинулись в определении основ технологии для передачи разнородной информации. Они рекомендуют для этого стандартизованную технологию передачи, мультиплексирования и коммутации, называемую методом асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) (рис.6).

АТМ является разновидностью метода пакетной коммутации с виртуальными каналами и в определенной мере соединяет преимущества методов коммутации каналов и коммутации пакетов. В основе АТМ - единый цифровой формат и единые правила транспортировки и коммутации всех видов информации, в том числе служебной.

Области применения:

Широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания;
- каналы высокого качества;
- высокоскоростная передача данных, речевой и видеоинформации, включая ТВ высокой четкости;
- хорошие линии привязки пользователей.

Особенности:

Постоянные и коммутируемые виртуальные соединения;
- контроль целостности информации на узлах сети;
- обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя;
- заказ услуг.

SMDS. Switched Multimegabit Data Service - это высокоскоростная коммутационная служба передачи данных, по своим свойствам подобная АТМ, но в отличие от нее использующая дейтаграммный метод коммутации. Текущая спецификация SMDS предлагает пользователям доступ по выделенной линии со скоростями DS1 (1,544 Мбит/с) и DS3 (45 Мбит/с).

10BASE-T. Хотя технология Ethernet появилась сравнительно давно, ее массовое применение в конце 80-х годов обеспечил стандарт 10base-T, разработанный комитетом IEEE 802.3. Стандарт, который определял построение Ethernet с использованием неэкранированной витой пары, изменил саму природу ЛВС. Он специфицировал использование топологии типа «звезда» и концентраторов, что сделало сети более надежными и удобными для управления. Как только промышленность признала 10Base-T в качестве основного способа построения сетей Ethernet, цена на концентраторы и сетевые интерфейсные карты резко упала, что обеспечило еще большее распространение данной технологии.

Коммутация в ЛВС. Появление коммутации означало большой скачок вперед в развитии технологий ЛВС (рис.7). В отличие от технологий разделяемых ЛВС, где фиксированная пропускная способность делится между подключенными к ЛВС устройствами, коммутаторы дали возможность выделять каждому порту канал с пропускной способностью до 10 Мбит/с, резко повысив пропускную способность ЛВС и улучшив ее характеристики. Дополнительный импульс развитию коммутации в ЛВС дала технология АТМ. В отличие от других технологий коммутируемых ЛВС, АТМ поддерживает передачу речи, данных и видеоинформации со скоростью сотен мегабит в секунду. Возможно, АТМ станет первой технологией, используемой и в локальных и в территориальных сетях.
Тенденции развития сетевых информационных технологий.

Телекоммуникационные сети, использующие в качестве технологии передачи данных Х.25, Frame Relay, АТМ, выработали свои способы организации инфраструктуры сети, управления, организации услуг и т.д. Однако сети, построенные на перспективных элементах, потребуют новых организационных подходов.

Распределенные сети на оптоволокне. Использование оптоволокна в распределенных сетях обеспечивает практически неограниченные скорости передачи информации, высокое качество и надежность (рис.8). Компании - владельцы сетей дальней связи используют технологию цифровой связи на оптоволокне, чтобы перестроить свои сети снизу доверху. В этот процесс включились и российские телекоммуникационные компании. Широкое использование оптоволокна потребовало разработки новых технологий цифровой передачи сигналов. Наиболее удачной оказалась технология синхронной цифровой иерархии - SDH/SONET, которая задает стандарты для передачи данных на скоростях до 2,4 Гбит/с с возможным увеличением до 10 Гбит/с.

Беспроводные сети мобильных абонентов. Достижения последнего десятилетия в области мобильных и беспроводных систем связи (особенно спутниковых и сотовых) обеспечивают доступ пользователей к сетям передачи данных из любой точки, в том числе и во время движения. Наибольшее распространение получили технологии, использующие стандарты МPT, NMT-450, AMPS, GSM. Технологии продолжают активно совершенствоваться. Одно из перспективных направлений - внедрение метода CDMA - кодового разделения частотного канала в соответствии с документом IS-95, позволяющего наиболее полно и рационально использовать радиочастотный спектр канала.

Internet. Наиболее мощной и динамично развивающейся телекоммуникационной сетью современности можно смело назвать Internet (рис.9). За сравнительно короткое время эта сеть сделала скачок от ведомственной сети к всемирной информационно-телекоммуникационной инфраструктуре. К Internet уже имеют доступ 75 стран мира. Еще 77 стран через систему электронной почты получили возможность подключаться к всемирной службе новостей Usenet, которая позволяет абонентам обмениваться информацией по различным специальным техническим проблемам.

По данным газеты Financial Times, сегодня в сети Internet работает приблизительно 40 миллионов пользователей, объединенных более чем в 40 тыс. сетей. Каждые 30 минут к ней присоединяется новая сеть и каждый месяц прибавляется 1 млн. новых пользователей. К 2000 году, по всей видимости, число пользователей Internet превысит 100 млн. человек. Сеть Internet возникла в результате проекта DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency), который был начат в середине 70-х годов и возглавлялся агентством Министерства обороны США. К реализации проекта были привлечены научные и технологические ресурсы университетских, промышленных и правительственных лабораторий США. Соразработчиками телекоммуникационной инфраструктуры стали Национальный научный фонд (NSF), Министерство энергетики, Министерство обороны, Агентство здравоохранения и гуманитарных услуг и Национальное аэрокосмическое агентство (NASA). Созданную в результате интерсеть называют Connected Internet, DARPA/NFS Internet, TCP/IP Internet или просто Internet.

Сегодня Internet представляет собой транснациональную инфраструктуру, которая объединяет большое число различных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающих компьютеры различных типов и обеспечивающих передачу данных в различных физических средах: телефонных кабелях, оптоволокне, радио- и спутниковых каналах.

Основные условия вхождения компьютера в сеть: использование протокола TCP/IP для межмашинного обмена, подключение к какой-либо глобальной сети и выполнение определенных правил адресования и маршрутизации. Internet не имеет единого административного органа, управляющего всей его инфраструктурой. Существует только ряд достаточно авторитетных образований (называемых комитетами), действующих на общественных началах и вырабатывающих общие рекомендации по принципам функционирования сети.

Internet предоставляет следующие основные классы услуг:

* электронная почта;
* служба новостей и конференций;
* доступ к файлам;
* доступ к документам, подготовленным в стандарте HTML (“всемирная паутина” - World Wide Web - WWW);
* удаленная обработка данных.

WWW. Резкое увеличение числа пользователей Internet во многом связано с созданием языка для описания гипертекстовых документов HTML (HiperText Markup Language). HTML позволяет создавать документы гибкой структуры, объединяющие текстовую, табличную, графическую и звуковую информацию. Благодаря расширенной структуре адреса в ссылках HTML появилась возможность размещать страницы одного документа на различных серверах сети Internet. Именно механизм гипертекстовых ссылок позволил объединить отдельные серверы Internet во “всемирную паутину”.

Необходимость эффективно работать во все более расширяющемся информационном пространстве Internet потребовала создания специальных программных средств для навигации в этом своеобразном информационном океане. Такие программы, получившие название «броузеров», сегодня должны быть установлены на каждом компьютере, подключенном к “всемирной паутине” WWW. С их помощью пользователь осуществляет доступ к серверам WWW, получение на свою рабочую станцию выбранных HTML-документов, их просмотр, редактирование, печать.

Электронная почта. Электронная почта получила широкое распространение в мире бизнеса, науки, образования в середине 80-х годов, став впоследствии одним из наиболее распространенных сетевых приложений. По данным Electronic Messaging Association, в 1994 году было 23 млн. пользователей электронной почты. Ожидается, что к 2000 году их число возрастет до 72 млн. Сегодня существует большое число различных систем электронной почты. Наиболее популярные из них представлены в таблице.
Основные направления эволюции телекоммуникационных технологий

В дальнейшем основными направлениями эволюции телекоммуникационных технологий, по-видимому, станут:

Увеличение скорости передачи информации, обусловленное возрастающими возможностями широкополосных линий и всеобщим использованием оптических каналов;
- интеллектуализация сетей передачи информации;
- резкий рост числа и мобильности пользователей в связи с удешевлением и миниатюризацией оконечных средств и применением техники беспроводной связи.

Скорость. Высокие скорости необходимы для передачи изображений, в том числе телевизионных, а также для интеграции различных видов информации в контексте мультимедиа, взаимосвязи локальных, городских, территориальных и глобальных сетей (рис.10).

Интеллектуальность. Интеллектуальность сетей, позволяющая увеличить их гибкость, возможности и надежность, а также упростить управление глобальными сетями даже в неоднородных средах, растет благодаря использованию микроэлектроники и применению программного обеспечения в каждом сетевом устройстве. Интеллектуальная сеть предполагает большое число служб как для пользователя, так и для администратора. Один из ключевых аспектов состоит в том, что сеть предоставляет легкую и динамичную систему заказов и конфигурацию в соответствии с изменяющимися потребностями пользователя. Происходит радикальное изменение роли пользователя от пассивного потребителя до активного клиента.

Увеличение числа и мобильности пользователей. Беспроводные средства и миниатюризация способствуют широкому распространению и мобильности оконечных устройств и терминалов, а тем самым глобальной мобильности и повсеместности их использования (рис.11). Беспроводные цифровые устройства, несомненно, окажут огромное воздействие на рынок, где до сих пор доминируют аналоговые системы. Такие цифровые устройства, как СТ2 (Second Generation of Cordless Telephone), DECT (Digital European Cordless Telecommunication), GSM (Group Special Mobile), CDMA и сети персональных компьютеров PCN, - важный шаг к сетям передачи данных и мультимедиа. Миниатюризация электронных устройств, активное проникновение стандартов PCMCIA (Personal Сomputer Memory Card Industry Association) и снижение стоимости стимулируют создание и более широкое использование портативных терминальных систем.
В области мобильной связи растущую роль играют спутниковые системы. Некоторые проекты, например Iridium компании Motorola, предусматривают создание всемирных глобальных сетей связи на их основе.

Наиболее перспективные телекоммуникационные и информационные технологии

В числе технологий, которые в ближайшее время будут оказывать решающее воздействие на развитие телекоомуникаций, следует назвать:

Оптические технологии (SDH/SONET), обеспечивающие увеличение скорости, удешевление доступа к сети и, следовательно, увеличение числа пользователей;
- широкополосные каналы (В-ISDN), позволяющие передавать разнородную информацию по одному и тому же каналу и, как следствие, повышающие быстродействие и интеллектуальность сети;
- единую технологию мультиплексирования и коммутации (АТМ), повышающую интеллектуальности сети;
- методы кодирования и сжатия информации, которым предстоит сыграть ключевую роль в эволюции широкополосных сетей, резко (на несколько порядков) увеличив передаваемые информационные потоки и тем самым обеспечив возможность передачи с высоким качеством мультимедийной, телевизионной и другой информации (наиболее значимые стандарты сжатия: рекомендации МККТТ серии Н, стандарты JPEG и группа стандартов MPEG-1, 2, 3, 4);
- коммутируемые ЛВС (Fast Ethernet, FDDl FDDI II, АТМ), увеличивающие производительность и интеллектуальность сети;
- цифровую беспроводную связь, способствующую росту числа и мобильности пользователей;
- интероперабельность сетей (Java);
- универсальный доступ к услугам Internet (WWW).
Состояние развития средств связи и сетевых телекоммуникационных технологий в России

Развитие телекоммуникационных технологий в России определяется как общемировыми тенденциями, так и тем специфическим положением, в котором эта отрасль находилась у нас долгое время. Связь и ее инфраструктура на протяжении многих лет развивались исходя из приоритетного обеспечения оборонного потенциала страны. В связи с этим связью прежде всего обеспечивались органы государственного управления, армия, органы правопорядка, предприятия военно-промышленного комплекса. Развитие сетей общего пользования стало приоритетным лишь со второй половины 80-х годов. Именно тогда начали появляться общедоступные сети передачи данных, которых сейчас на территории России несколько десятков. Ряд действующих сетей имеет общенациональный масштаб, они включены в общую телекоммуникационную структуру планеты.

Создание современной телекоммуникационной инфраструктуры такого региона, как Россия, – сложная, масштабная задача. Ее решение осуществляется по трем направлениям:

– реализация крупномасштабных общегосударственных проектов;
– развитие и поддержка региональных телекоммуникационных проектов;
– деятельность негосударственных организаций.

Крупномасштабные общегосударственные проекты. Первичная сеть связи России развивается в рамках концепции Министерства связи РФ “Взаимоувязанная система связи” (рис.12). Ее важнейшая составляющая – проекты Ростелекома по созданию цифровых каналов. Окончание строительства международных телефонных линий Россия–Дания, Россия– Япония–Южная Корея, Италия–Турция –Украина–Россия и цифровой радиорелейной линии Москва–Хабаровск позволяет уже сейчас говорить о замыкании мирового телекоммуникационного кольца через Россию.

Деятельность негосударственных организаций и зарубежных фирм оказывает все более заметное влияние на развитие телекоммуникационного рынка России. Так, итальянская фирма Italtel активно занимается телефонизацией в Сибири, шведская Ericsson поставляет телефонные станции в отдельные регионы, германская Siemens модернизирует телефонную сеть Калуги и т.д. В значительной мере усилиями негосударственных организаций удалось развернуть более десятка сетей передачи данных, использующих различные первичные сети (спутниковые, проводные, радиорелейные каналы связи). Наиболее крупные из них – сети Спринт, Инфотел, Роснет, Роспак, Релком и др. Большинство из них – чисто коммерческие и предоставляют информационные услуги за достаточно высокую плату. Однако цены на услуги ряда сетей, например Релком, весьма умеренны.

Развитие систем связи и телекоммуникаций в России идет с привлечением передовых западных телекоммуникационных технологий. Наряду с этим активно используются отечественные разработки, ставшие доступными в результате конверсии и в большей степени учитывающие специфику страны.

Один из крупнейших проектов в области телекоммуникационных сетей – программа «Создание национальной сети компьютерных телекоммуникаций для науки и высшей школы”. В программе участвуют Государственный комитет РФ по науке и технологиям, Министерство общего и профессионального образования РФ (Минобразование России), Российская Академия наук и Российский фонд фундаментальных исследований. Программа должна быть реализована до 1998 года. Ее цель – создание базовой телекоммуникационной компьютерной аппаратно-программной среды, которая обеспечит рациональную интеграцию существующих компьютерных сетей, создаст предпосылки для массового доступа к отечественным и мировым информационным ресурсам, откроет возможности для эффективного обмена информацией и развития отечественных информационных ресурсов, в том числе баз данных и знаний по приоритетным направлениям фундаментальной науки и высшего образования.

Программа объединяет более 100 проектов, общий объем ее финансирования превышает 200 млрд. руб. В результате выполнения программы, а также благодаря известной инициативе Джорджа Сороса по подключению к международной сети Internet ведущих периферийных университетов России, будут созданы телекоммуникационные сети для науки и высшей школы в ряде регионов России. В Москве в рамках этой программы создается Московская опорная сеть, состоящая из Северной и Южной частей. Уже функционирует Южная часть, объединяющая в основном научные и учебные центры.

В 1992 году была образована Ассоциация российских научных и учебных организаций пользователей электронных сетей передачи данных RELARN (Russian Electronic Academic & Research Network), занимающаяся развитием телекоммуникаций для науки и образования. Через нее Госкомнауки РФ и другие ведомства дотируют трафик организаций–участников Ассоциации. Абонентские точки членов RELARN (порядка 1000 абонентов)в основном подключены к российской части Internet (Relcom, Demos).

Проблемы региональных телекоммуникационных проектов. Развитие рыночных отношений в России вызвало резкое увеличение потребности в надежно и своевременно доставляемой информации. Как следствие, с 1994 года полностью определился интерес к формированию региональных информационно-телекоммункационных компьютерных систем (РИТКС).

Сегодня в различных регионах России созданы и на коммерческой основе эксплуатируются региональные сети, преимущественно использующие протокол Х.25. Как правило, в этих сетях предоставляется стандартный набор информационных услуг: электронная почта, удаленный доступ к базам данных, передача файлов, подключение к другим сетям. Абонентами такого рода сетей являются региональные банки, государственные административные службы и учреждения, отдельные коммерческие организации и пользователи. Данные сети достаточно рентабельны, срок окупаемости затрат – полтора-два года.

Как показала практика, уже через полгода-год эксплуатации региональных сетей ощущается потребность в повышении качества и увеличении количества информационных услуг. Прежде всего это касается времени доступа к Internet и скорости передачи информации. Как правило, большинству абонентов необходимо работать в режиме on-line.
В последнее время создание РИТКС стимулирует начавшийся процесс построения информационных систем различного назначения. В этом процессе активно участвуют администрации регионов, как правило, финансирующих работы за счет местных бюджетов.

Резкое сокращение финансирования науки и предприятий ВПК, снятие барьеров на продажу западных аппаратно-программных средств привело к тому, что работы по созданию отечественных средств телекоммуникаций практически прекращены, а многие региональные и корпоративные сети создаются с использованием западных технологий. В результате в такой стратегически важной отрасли, как связь, появляется серьезная зависимость России от Запада. В институтах Отделения информатики и вычислительной техники (ОИВТА) РАН ведутся фундаментальные и прикладные исследования в области построения крупномасштабных информационно-телекоммуникационных сетей и их элементов. Для их координации создана рабочая группа под руководством академика С.В. Емельянова. Уже выполненные работы позволяют надеяться на то, что даже в условиях сверхтрудного существования академических институтов будут получены результаты, по определенным параметрам сравнимые с зарубежными образцами.

Спектр телекоммуникационных технологий чрезвычайно широк, что во многом объясняется высоким уровнем стандартизации и унификации, способствовавшим их распространению. Из всего многообразия остановимся на телекоммуникационных технологиях, обеспечивающий удаленный доступ и распределенную обработку.

Задача разработчиков распределенных систем - спроектировать программное и аппаратное обеспечение так, чтобы предоставить все необходимые характеристики распределенной системы. А для этого требуется знать преимущества и недостатки различных архитектур распределенных систем. Выделяется три типа архитектур распределенных систем по реализации механизма управления доступом:

• прямое управление доступом;
• мандатное управление доступом;
• ролевое управление доступом.

При использовании прямого управления все субъекты и объекты определены так, как это было описано выше применительно к эталонной модели. При использовании прямого управления субъекты, которые являются владельцами объектом, могут разрешать или запрещать доступ к этим другим субъектам. Принципиально объекты и субъекты могут меняться ролями. Данный подход используется наиболее часто, хотя и не обеспечивает высоких показателей безопасности.

При использовании мандатного управления доступом все объекты и субъекты относятся к определенному уровню. При использовании данного подхода субъекты не могут получить доступ к объектам, если им не разрешено работать на данном уровне.

Идея ролевого управления состоит в том, что определяется набор ролей, которые могут соответствовать, например, служебным обязанностям сотрудника или функциям, реализуемым подсистемой. Права доступа определяются, в частности, ролями, закрепленными за субъектом.

Ролевое управление доступом является наиболее гибким и простым с точки зрения администрирования.

В рамках конкретных систем возможно совместное использование рассмотренных подходов.

Выделяют следующие виды распределенных архитектур ИС:

• архитектура «файл - сервер»;
• двухзвенная архитектура «клиент - сервер»;
• многозвенная архитектура «клиент - сервер»;
• архитектура веб-приложений;
• сервис-ориентированная архитектура.

Рассмотрим каждую из этих архитектур.

Архитектура «файл - сервер». Файл-серверные приложения - приложения, схожие по своей структуре с локальными приложениями и использующие сетевой ресурс для хранения программы и данных.

Классическое представление информационной системы в архитектуре «файл - сервер» представлено на рис. 3.12.

Организация информационных систем на основе использования выделенных файл-серверов все еще является распространенной в связи с наличием большого количества персональных компьютеров разного уровня развитости и сравнительной дешевизны связывания PC в локальные сети. Конечно, основным достоинством данной архитектуры является простота организации. Проектировщики и разработчики информационной системы находятся в привычных и комфортных условиях IBM PC в среде MS-DOS, Windows или какого-либо облегченного варианта Windows Server. Имеются удобные и развитые средства разработки графического пользовательского интерфейса, простые в использовании средства разработки систем баз данных и (или) СУБД.

Достоинства такой архитектуры:

• многопользовательский режим работы с данными;
• удобство централизованного управления доступом;
• низкая стоимость разработки;
• высокая скорость разработки;
• невысокая стоимость обновления и изменения ПО.

Недостатки:

• проблемы многопользовательской работы с данными: последовательный доступ, отсутствие гарантии целостности;
• низкая производительность (зависит от производительности сети, сервера, клиента);
• плохая возможность подключения новых клиентов;
• ненадежность системы.

Рис. 3.12.

Архитектура «клиент - сервер» (Client-server ) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемых серверами, и заказчиками услуг, называемых клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Первоначально системы такого уровня базировались на классической двухуровневой клиент-серверной архитектуре (Two-tier architecture). Под клиент-серверным приложением в этом случае понимается информационная система, основанная на использовании серверов баз daHHbLx.

Схематически такую архитектуру можно представить, как показано на рис. 3.13.

На стороне клиента выполняется код приложения, в который обязательно входят компоненты, поддерживающие интерфейс с конечным пользователем, производящие отчеты, выполняющие другие специфичные для приложения функции.

Рис. 3.13.

Клиентская часть приложения взаимодействует с клиентской частью программного обеспечения управления базами данных, которая фактически является индивидуальным представителем СУБД для приложения.

Заметим, что интерфейс между клиентской частью приложения и клиентской частью сервера баз данных, как правило, основан на использовании языка SQL. Поэтому такие функции, как, например, предварительная обработка форм, предназначенных для запросов к базе данных, или формирование результирующих отчетов, выполняются в коде приложения.

Наконец, клиентская часть сервера баз данных, используя средства сетевого доступа, обращается к серверу баз данных, передавая ему текст оператора языка SQL.

Посмотрим теперь, что же происходит на стороне сервера баз данных. В продуктах практически всех компаний сервер получает от клиента текст оператора на языке SQL:

• сервер производит компиляцию полученного оператора.
• далее (если компиляция завершилась успешно) происходит выполнение оператора.

Преимуществами данной архитектуры являются:

• 1) возможность, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети;
• 2) все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищен гораздо лучше большинства клиентов, а также на сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа;
• 3) поддержка многопользовательской работы;
• 4) гарантия целостности данных.

Недостатки:

• 1) неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть;
• 2) администрирование данной системы требует квалифицированного профессионала;
• 3) высокая стоимость оборудования;
• 4) бизнес-логика приложений осталась в клиентском ПО.

При проектировании информационной системы, основанной на архитектуре «клиент - сервер», большее внимание следует обращать на грамотность общих решений. Технические средства пилотной версии могут быть минимальными (например, в качестве аппаратной основы сервера баз данных может использоваться одна из рабочих станций). После создания пилотной версии нужно провести дополнительную исследовательскую работу, чтобы выяснить узкие места системы. Только после этого необходимо принимать решение о выборе аппаратуры сервера, которая будет использоваться на практике.

Увеличение масштабов информационной системы не порождает принципиальных проблем. Обычным решением является замена аппаратуры сервера (и, может быть, аппаратуры рабочих станций, если требуется переход к локальному кэшированию баз данных). В любом случае практически не затрагивается прикладная часть информационной системы.

Также данный вид архитектуры называют архитектурой с «толстым» клиентом.

В случае большого числа пользователей возникают проблемы своевременной и синхронной замены версий клиентских приложений на рабочих станциях. Такие проблемы решаются в рамках многозвенной архитектуры (рис. 3.14). Часть общих приложений переносится на специально выделенный сервер приложений. Тем самым понижаются требования к ресурсам рабочих станций, которые будут называться «тонкими» клиентами. Данный способ организации вычислительного процесса является разновидностью архитектуры «клиент - сервер».

Использование многозвенной архитектуры может быть рекомендовано также в случае, если некоторая программа требует для своей работы много ресурсов, то может оказаться дешевле построить тонкую сеть с одним очень мощным сервером, чем использовать несколько мощных клиентных рабочих станций. Особенно это имеет значение, если данной программой пользуются не постоянно, а время от времени. На рис. 3.15 представлена архитектура многозвенного приложения.

Рис. 3.14.

Разумное сочетание производительности сервера приложений и производительности рабочих станций позволят построить сеть, более дешевую при установке и эксплуатации.

Рис. 3.15.

Архитектура веб-приложений. Эта архитектура широко применяется в настоящее время и носит также название архитектуры вебсервисов.

Веб-сервис - это приложение, доступное через Интернет и предоставляющее некоторые услуги, форма которых не зависит от поставщика (так как используется универсальный формат данных - XML) и платформы функционирования.

Сервис-ориентированная архитектура также является одной из технологий реализации информационных систем (подробнее см. в подпараграфе 6.2.9).

В данное время существует три различные технологии, поддерживающие концепцию распределенных объектных систем. Это технологии EJB, СОЮЗА и DCOM.

В основе веб-сервисов лежат открытые стандарты и протоколы: SOAP, UDDI и WSDL.

1. SOAP (Simple Object Access Protocol), разработанный консорциумом W3C, определяет формат запросов к веб-сервисам. Сообщения между веб-сервисом и его пользователем пакуются в так называемые SOAP-

конверты (SOAP envelopes, иногда их еще называют XML-конвертами). Само сообщение может содержать либо запрос на осуществление какого-либо действия, либо ответ - результат выполнения этого действия.

• 2. WSDL (Web Service Description Language). Интерфейс веб-сервиса описывается в WSDL-документах (a WSDL - это подмножество XML). Перед развертыванием службы разработчик составляет ее описание на языке WSDL, указывает адрес веб-сервиса, поддерживаемые протоколы, перечень допустимых операций, форматы запросов и ответов.
• 3. UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) - протокол поиска веб-сервисов в Internet (http://www.uddi.org/). Представляет собой бизнес-реестр, в котором провайдеры веб-сервисов регистрируют службы, а разработчики находят необходимые сервисы для включения в свои приложения.

Enterprise JavaBeans (EJB). Основная идея, лежавшая в разработке технологии EJB, - создать такую инфраструктуру для компонент, чтобы они могли бы легко «вставляться» («plug in») и удаляться из серверов, тем самым увеличивая или снижая функциональность сервера. Технология EJB похожа на технологию JavaBeans в том смысле, что она использует ту же самую идею (а именно, создание новой компоненты из уже существующих, готовых и настраиваемых компонент, аналогично RAD-системам), но во всем остальном EJB - совершенно иная технология.

Достоинства EJB:

• 1) быстрое и простое создание;
• 2) Java-оптимизация;
• 3) кросс-платформенность;
• 5) возможность передачи объектов по значению;
• 6) встроенная безопасность.

Недостатки EJB:

• 1) поддержка только одного языка - Java;
• 2) трудность интегрирования с существующими приложениями;
• 3) плохая масштабируемость;
• 4) производительность;
• 5) отсутствие международной стандартизации.

Благодаря своей легко используемой Java-модели EJB является самым простым и самым быстрым способом создания распределенных систем. EJB - хороший выбор для создания RAD-компонент и небольших приложений на языке Java. Конечно, EJB не такая мощная технология, как DCOM или CORBA. Тем самым, роль RMI (англ. Remote Method Invocation - программный интерфейс вызова удаленных методов в языке Java) в создании больших, масштабируемых промышленных систем, снижается.

Distributed Component Object Model (далее - DCOM) (распределенная компонентная объектная модель) - программная архитектура, разработанная компанией Microsoft для распределения приложений между несколькими компьютерами в сети. Программный компонент на одной из машин может использовать DCOM для передачи сообщения (его называют удаленным вызовом процедуры) к компоненту на другой машине. DCOM автоматически устанавливает соединение, передает сообщение и возвращает ответ удаленного компонента.

Для того чтобы различные фрагменты сложного приложения могли работать вместе через Интернет, необходимо обеспечить между ними надежные и защищенные соединения, а также создать специальную систему, которая направляет программный трафик.

Для решения этой задачи компания Microsoft создала DCOM, которая встраивается в операционные системы Windows NT 4.0 и Windows 98 и выше.

Достоинства DCOM:

• 1) независимость от языка;
• 2) динамический/статический вызов;
• 3) динамическое нахождение объектов;
• 4) масштабируемость;
• 5) открытый стандарт (контроль со стороны TOG);
• 6) множественность Mndoivs-программистов;

Недостатки DCOM:

• 1) сложность реализации;
• 2) зависимость от платформы;
• 3) нет именования через URL ;
• 4) нет проверки безопасности на уровне выполнении ActiveX компонент;
• 5) отсутствие альтернативных разработчиков.

DCOM является лишь частным решением проблемы распределенных объектных систем. Он хорошо подходит для Microso/t-ориентированных сред. Как только в системе возникает необходимость работать с архитектурой, отличной от Windows, DCOM перестает быть оптимальным решением проблемы. Конечно, вскоре это положение может измениться, так как Microsoft стремится перенести DCOM и на другие платформы. Например, фирмой Software AG уже выпущена версия DCOM для Solaris UNIX и планируется выпуск версий и для других версий UNIX. Но все-таки на сегодняшний день DCOM хорош лишь в качестве решения для систем, ориентированных исключительно на продукты Microsoft. Большие нарекания вызывает также отсутствие безопасности при исполнении ActiveX компонент, что может привести к неприятным последствиям.

Common Object Request Broker Architecture (далее - CORBA ). В конце 1980-х - начале 1990-х гг. многие ведущие фирмы-разработчики были заняты поиском технологий, которые принесли бы ощутимую пользу на все более изменчивом рынке компьютерных разработок. В качестве такой технологии была определена область распределенных компьютерных систем. Необходимо было разработать единообразную архитектуру, которая позволяла бы осуществлять повторное использование и интеграцию кода, что было особенно важно для разработчиков.

Поэтому в мае 1989 г. была сформирована OMG. Как уже отмечалось, сегодня OMG насчитывает более 700 членов (в OMG входят практически все крупнейшие производители ПО, за исключением Microsoft ).

Задачей консорциума OMG является определение набора спецификаций, позволяющих строить интероперабельные информационные системы. Спецификация OMG - CORBA - является индустриальным стандартом, описывающим высокоуровневые средства поддерживания взаимодействия объектов в распределенных гетерогенных средах.

CORBA специфицирует инфраструктуру взаимодействия компонент (объектов) на представительском уровне и уровне приложений модели OSI. Она позволяет рассматривать все приложения в распределенной системе как объекты. Причем объекты могут одновременно играть роль и клиента, и сервера: роль клиента, если объект является инициатором вызова метода у другого объекта; роль сервера, если другой объект вызывает на нем какой-нибудь метод. Объекты-серверы обычно называют «реализацией объектов». Практика показывает, что большинство объектов одновременно исполняют роль и клиентов, и серверов, попеременно вызывая методы на других объектах и отвечая на вызове извне. При использовании CORBA появляется возможность строить гораздо более гибкие системы, чем системы «клиент - сервер», основанные на двухуровневой и трехуровневой архитектуре.

Достоинства CORBA:

• 1) платформенная независимость;
• 2) языковая независимость;
• 3) динамические вызовы;
• 4) динамическое обнаружение объектов;
• 5) масштабируемость;
• 6) СОЛВД-сервисы;
• 7) широкая индустриальная поддержка.

Недостатки CORBA:

• 1) нет передачи параметров «по значению»;
• 3) нет именования через URL.

К основным достоинствам CORBA можно отнести межъязыковую и межплатформенную поддержку. Хотя СОКВД-сервисы и отнесены к достоинствам технологии CORBA, их в равной степени можно одновременно отнести и к недостаткам CORBA, ввиду практически полного отсутствия их реализации.

Интернет (Internet). Это бурно разросшаяся совокупность компьютерных сетей, опутывающих земной шар, связывающих правительственные, военные, образовательные и коммерческие институты, а также отдельных граждан.

Как и многие другие великие идеи, «сеть сетей» возникла из проекта, который предназначался совершенно для других целей: из сети

ARPAnet, разработанной и созданной в 1969 г. по заказу Агентства передовых исследовательских проектов (Advanced Research Project Agency - ARPA) Министерства обороны США. ARPAnet была сетью, объединяющей учебные заведения, военных и военных подрядчиков; она была создана для помощи исследователям в обмене информацией, а также (что было одной из главных целей) для изучения, каким образом поддерживать связь в случае ядерного нападения.

В модели ARPAnet между компьютером-источником и компьютером- адресатом всегда существует связь. Сама сеть считается ненадежной; любой ее отрезок может в любой момент исчезнуть (после бомбежки или в результате неисправности на кабеле). Сеть была построена так, чтобы потребность в информации от компьютеров-клиентов была минимальной. Для пересылки сообщения по сети компьютер должен был просто помещать данные в конверт, называемый «пакетом межсетевого протокола» (IP, Internet Protocol ), правильно «адресовать» такие пакеты. Взаимодействующие между собой компьютеры (а не только сама сеть) также несли ответственность за обеспечение передачи данных. Основополагающий принцип заключался в том, что каждый компьютер в сети мог общаться в качестве узла с любым другим компьютером с широким выбором компьютерных услуг, ресурсов, информации. Комплекс сетевых соглашений и общедоступных инструментов «сети сетей» разработан с целью создания одной большой сети, в которой компьютеры, соединенные воедино, взаимодействуют имея множество различных программных и аппаратных платформ.

В настоящее время направление развития Интернета в основном определяет «Общество Internet», или Internet Society (ISOC ). ISOC - это организация на общественных началах, целью которой является содействие глобальному информационному обмену через Интернет. Она назначает совет старейшин Internet Architecture Board (далее - IABj, который отвечает за техническое руководство и ориентацию Интернета (в основном это стандартизация и адресация в Интернет). Пользователи Интернета выражают свои мнения на заседаниях инженерной комиссии Internet Engineering Task Force (IETF). IETF - еще один общественный орган; он собирается регулярно для обсуждения текущих технических и организационных проблем Интернета.

Финансовая основа Интернета заключается в том, что каждый платит за свою часть. Представители отдельных сетей собираются и решают, как соединяться и как финансировать эти взаимные соединения. Учебное заведение или коммерческое объединение платят за подключение к региональной сети, которая в свою очередь платит за доступ к Интернету поставщику на уровне государства. Таким образом, каждое подключение к Интернету кем-то оплачивается.

Рассмотрим кратко основные компоненты Интернета.

World Wide Web (WWW, просто Web, Всемирная паутина) представляет совокупность серверов Web (веб-серверов), на которых хранятся данные, реализованные в виде текстовых и (или) графических страниц с гипертекстовыми ссылками на другие страницы или веб-серверы. Если ссылка заинтересовала пользователя, то он может перейти на нужную страницу независимо от ее местонахождения, вернуться на предыдущую просмотренную, поставить закладку. В этом заключается основное преимущество WWW. Пользователя не интересует, как организовано и где находится огромное структурированное хранилище данных. Графическое представление подключения различных серверов представляет собой сложную невидимую электронную паутину.

Серверы Web - специальные компьютеры, осуществляющие хранение страниц с информацией и обработку запросов от других машин. Пользователь, попадая на какой-нибудь сервер Web, получает страницу с данными. На компьютере пользователя специальная программа (браузер ) преобразует полученный документ в удобный для просмотра и чтения вид, отображаемый на экране. Серверы Web устанавливаются, как правило, в фирмах и организациях, желающих распространить свою информацию среди многих пользователей, и отличаются специфичностью информации. Организация и сопровождение собственного сервера требует значительных затрат. Поэтому в WWW встречаются «разделяемые» (shared ) серверы, на которых публикуют свои данные различные пользователи и организации. Это самый дешевый способ опубликования своей информации для обозрения. Такие серверы зачастую представляют своеобразные информационные свалки.

Серверы FTP представляют собой хранилища различных файлов и программ, хранящихся в виде архивов. На этих серверах может храниться как полезная информация (дешевые условно-бесплатные утилиты, программы, картинки), так и информация сомнительного характера, например, порнографическая.

Электронная почта является неотъемлемой частью Интернета и одной из самых полезных вещей. С ее помощью можно посылать и получать любую корреспонденцию (письма, статьи, деловые бумаги и др.). Время пересылки зависит от объема, обычно занимает минуты, иногда часы. Каждый абонент электронной почты имеет свой уникальный адрес. Надо отметить, что подключение к электронной почте может быть организовано и без подключения к Интернету. Необходимый интерфейс пользователя реализуется с помощью браузера, который, получив от него запрос с интернет-адресом, преобразовывает его в электронный формат и посылает на определенный сервер. В случае корректности запроса он достигает веб-сервера, и последний посылает пользователю в ответ информацию, хранящуюся по заданному адресу. Браузер, получив информацию, делает ее читабельной и отображает на экране. Современные браузеры имеют также встроенную программу для электронной почты.

Подсоединение к Интернету для каждого конкретного пользователя может быть реализовано различными способами: от полного подсоединения по локальной вычислительной сети (далее - ЛВС) до доступа к другому компьютеру для работы с разделением и использованием программного пакета эмуляции терминала.

Диапазон предлагаемых интернет-услуг достаточно широк. Можно воспользоваться электронной почтой, электронными досками объявлений, пересылкой файлов, удаленным доступом, каталогизирующими программами и т.д. Для получения полного набора услуг у пользователя должно быть подсоединение по протоколу TCP/IP. Это необходимо для того, чтобы компьютер пользователя был частью сети и мог устанавливать контакт с любой сервисной программой, имеющейся в Интернете.

Фактически выход в Интернет может быть реализован несколькими видами подключений:

• доступ по выделенному каналу;
• доступ по ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровая сеть с интегрированными услугами);
• доступ по коммутируемым линиям;
• с использованием протоколов SLIP и РРР.

Корпорациям и большим организациям лучше всего использовать доступ по выделенному каналу. В этом случае предоставляется наиболее полно использовать все средства Интернета. Поставщик сетевых услуг при этом сдает в аренду выделенную телефонную линию с указанной скоростью передачи и устанавливает специальный компьютер-маршрутизатор для приема и передачи сообщений от телекоммуникационного узла организации. Это дорогостоящее подключение. Однако, установив такое соединение, каждый компьютер ЛВС организации является полноценным членом Интернета и может выполнять любую сетевую функцию.

ISDN - это использование цифровой телефонной линии, соединяющей домашний компьютер или офис с коммутатором телефонной компании. Преимущество ISDN заключается в том, что предоставляется возможность доступа с очень высокими скоростями при относительно низкой стоимости. При этом сервис Интернет предоставляется таким же, как и по коммутируемым линиям. Услуги телефонных компаний, предоставляющих сервис ISDN, доступны не на всей территории России.

Доступ по коммутируемым линиям - наиболее простой и дешевый способ получения доступа к сети (Dial-up Access ). В этом случае пользователь приобретает права доступа к компьютеру, который подсоединен к Интернету (хост-компьютеру или узлу Интернета). Войдя по телефонной линии (при этом используется модем и программное обеспечение для работы в коммутируемом режиме) с помощью эмулятора терминала в удаленную систему, необходимо в ней зарегистрироваться и далее уже можно пользоваться всеми ресурсами Интернета, предоставленными удаленной системе. Пользователь в таком режиме арендует дисковое пространство и вычислительные ресурсы удаленной системы. Если требуется сохранить важное сообщение электронной почты или другие данные, то это можно сделать в удаленной системе, но не на диске пользовательского компьютера: сначала нужно записать файл на диск удаленной системы, а затем с помощью программы передачи данных перенести этот файл на свой компьютер. При таком доступе пользователь не может работать с прикладными программами, для которых нужен графический дисплей, так как в такой конфигурации компьютер, подсоединенный к Интернету, не имеет возможности передать графическую информацию на компьютер пользователя.

При дополнительных финансовых затратах и в коммутируемом режиме можно получить полный доступ к Интернету. Это достигается применением протоколов SLIP и РРР. Один называется «межсетевой протокол последовательного канала» (Serial Line Internet Protocol (далее - SLIP), а другой - «протокол точка-точка» (Point-to-Point Protocol (далее - РРР ). Одно из главных достоинств SLIP и РРР состоит в том, что они обеспечивают полноценное соединение с Интернетом. Пользовательский компьютер не использует какую-то систему как «точку доступа», а непосредственно подключается к Интернету. Но для подключения средних и больших сетей к Интернету эти протоколы не подходят, поскольку их быстродействия недостаточно для одновременной связи со многими пользователями.

Современные сети создаются по многоуровневому принципу. Передача сообщений в виде последовательности битов начинается на уровне линий связи и аппаратуры, причем линий связи не всегда высокого качества. Затем добавляется уровень базового программного обеспечения, управляющего работой аппаратуры. Следующий уровень программного обеспечения позволяет наделить базовые программные средства дополнительными необходимыми возможностями. Расширение необходимых функциональных возможностей сети путем добавления уровня за уровнем приводит к тому, что пользователь в конце концов получает по-настоящему дружественный и полезный инструментарий.

Аналогом информационной модели Интернета можно назвать почтовое ведомство, представляющее собой сеть с коммутацией пакетов. Там корреспонденция конкретного пользователя смешивается с другими письмами, отправляется в ближайшее почтовое отделение, где сортируется и направляется в другие почтовые отделения до тех пор, пока не достигнет адресата.

Для передачи данных в Интернет используются интернет-протокол (IP) и протокол управления передачей (TCP).

С помощью интернет-протокола (IP) обеспечивается доставка данных из одного пункта в другой. Различные участки Интернета связываются с помощью системы компьютеров (называемых маршрутизаторами), соединяющих между собой сети. Это могут быть сети Ethernet, сети с маркерным доступом, телефонные линии. Правила, по которым информация переходит из одной сети в другую, называются протоколами. Межсетевой протокол (IP) отвечает за адресацию, т.е. гарантирует, что маршрутизатор знает, что делать с данными пользователя, когда они поступят. Некоторая адресная информация приводится в начале каждого пользовательского сообщения. Она дает сети достаточно сведений для доставки пакета данных, так как каждый компьютер в Internet имеет свой уникальный адрес.

Для более надежной передачи больших объемов информации служит протокол управления передачей (TCP). Информация, которую пользователь хочет передать, TCP разбивает на порции. Каждая порция нумеруется, у нее подсчитывается контрольная сумма, чтобы можно было на приемной стороне проверить, вся ли информация получена правильно, а также расположить данные в правильном порядке. На каждую порцию добавляется информация протокола IP, таким образом получается пакет данных в Интернете, составленный по правилам TCP/IP.

По мере развития Интернета и увеличения числа компьютерных узлов, сортирующих информацию, в сети была разработана доменная система имен - DNS, и способ адресации - способ адресации по доменному принципу. DNS иногда еще называют региональной системой наименований.

Доменная система имен - это метод назначения имен путем передачи сетевым группам ответственности за их подмножество имен. Каждый уровень этой системы называется доменом. Домены в именах отделяются друг от друга точками: inr.msk.su. В имени может быть различное количество доменов, но практически их не больше пяти. По мере движения по доменам слева направо в имени, количество имен, входящих в соответствующую группу возрастает.

Все компьютеры Интернета способны пользоваться доменной системой. Работающий в сети компьютер всегда знает свой собственный сетевой адрес. Когда используется доменное имя, например, mx.ihep. su, компьютер преобразовывает его в числовой адрес. Для этого он начинает запрашивать помощь у DNS-серверов. Это узлы, рабочие машины, обладающие соответствующей базой данных, в число обязанностей которых входит обслуживание такого рода запросов. DNS- сервер начинает обработку имени с правого его конца и двигается по нему влево, т.е. сначала производится поиск адреса в самой большой группе (домене), потом постепенно сужает поиск. Но для начала опрашивается на предмет наличия нужной информации местный узел. Если местный сервер адрес не знает, он связывается с корневым сервером. Это сервер, который знает адреса серверов имен высшего уровня (самых правых в имени), здесь это уровень государства (ранга домена su). У него запрашивается адрес компьютера, ответственного за зону su. Местный DNS-сервер связывается с этим более общим сервером и запрашивает у него адрес сервера, ответственного за домен ihep.su. Теперь уже запрашивается этот сервер и у него выясняется адрес рабочей машины тх.

Дальнейшим развитием Интернета явилась /ntrcmet-технология. Intranet (интранет ) представляет собой технологию управления корпоративными коммуникациями, в отличие от Интернета, являющейся технологией глобальных коммуникаций.

В телекоммуникационных технологиях выделяют три уровня реализации: аппаратный, программный и информационный. С этой точки зрения интранет отличается от Интернета только информационными аспектами, где выделяются три уровня: универсальный язык представления корпоративных знаний, модели представления, фактические знания.

Архитектура интранета явилась естественным развитием информационных систем: от систем с централизованной архитектурой, через системы «клиент - сервер» к интранету.

Идея централизованной архитектуры была классически реализована в мейнфреймах, отличительной чертой которых было концентрация вычислительных ресурсов в едином комплексе, где осуществлялось хранение и обработка огромных массивов информации.

Достоинства систем «клиент - сервер»:

• 1) простота администрирования,
• 2) защита информации.

С появлением персональных компьютеров появилась возможность переноса части информационной системы непосредственно на рабочее место. Таким образом, возникла необходимость построения распределенной информационной системы. Этим целям соответствует архитектура «клиент - сервер», основанная на модели взаимодействия компьютеров и программ в сети, рассмотренная выше.

Однако системам «клиент - сервер» присущ ряд серьезных недостатков:

• 1) трудность администрирования, вследствие территориальной разобщенности и неоднородности компьютеров на рабочих местах;
• 2) недостаточная степень защиты информации от несанкционированных действий;
• 3) закрытый протокол для общения клиентов и сервера, специфичный для данной информационной системы.

Как следствие указанных недостатков была разработана архитектура систем интранет, сконцентрировавших и объединивших в себе лучшие качества централизованных систем и традиционных систем «клиент - сервер» (рис. 3.16).

Вся информационная система находится на центральном компьютере. На рабочих местах находятся простейшие устройства доступа (навигаторы), предоставляющие возможность управления процессами в информационной системе. Все процессы осуществляются на центральной ЭВМ, с которым устройство доступа общается посредством простого протокола, путем передачи экранов и кодов нажатых клавиш на пульте.

Основные достоинства систем Intranet:

• на сервере вырабатывается информация (а не данные) в форме удобной для представления пользователю;
• использование для обмена информацией между клиентом и сервером протокола открытого типа;
• концентрация прикладной системы на сервере, на клиентах размещается только программа-навигатор;
• облегченное централизованное управление серверной частью и рабочими местами;
• унифицированность интерфейса, не зависящего от программного обеспечения, используемого пользователем (операционная система, СУБД и др.).

Рис. 3.16.

Важным преимуществом интранета является открытость технологии. Существующее программное обеспечение, основанное на закрытых технологиях, когда решения, разработанные одной фирмой для одного приложения, кажутся более функциональными и удобными, однако резко ограничивают возможности развития информационных систем.

В настоящее время в интранете широко используются открытые стандарты по следующим направлениям:

• управление сетевыми ресурсами (SMTP, IMAP, MIME );
• телеконференции (NNTP );
• информационный сервис (НТРР, HTML);
• справочная служба (LDAP);
• программирование (Java).

Тенденции дальнейшего развития интранета:

• интеллектуальный сетевой поиск;
• высокая интерактивность навигаторов за счет применения Java- технологии;
• сетевые компьютеры;
• превращение интерфейса навигатора в универсальный интерфейс с компьютером.

Сервис-ориентированная архитектура (Service-Oriented Architecture, SOA) - это подход к разработке ИС, основанный на использовании распределенных, слабо связанных компонентов, в качестве которых выступают веб-сервисы или службы (service), взаимодействующие по единому протоколу (более подробно рассмотрены в параграфе 6.2).

Тема: Представления о технических и программных средствах телекоммуникационных технологий

Цель: формирование представлений о технических и программных средствах телекоммуникационных технологий

Задачи:

Образовательная – обобщение представлений учащихся об информационной картине мира;

Развивающая – развитие умений выделять главное, существенное, обобщать имеющиеся факты, формирование логического мышления, внимания, интереса к предмету; развитие взаимопомощи, речи, умения выслушивать друг друга;

Воспитательная - воспитание уважения к товарищу, умения достойно вести себя, воспитание культуры общения, работа над повышением грамотности устной речи.

Вопросы:

Информационная технология

Компоненты программных компьютерных средств

Программное обеспечение информационных технологий

Теоретический материал

1. Информационная технология

Информационная технология - процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Понятие технологии включает применение научных и инженерных знаний, для решения практической задачи. Тогда информационной технологией можно считать процесс превращения знаний в информационный ресурс. Целью информационной технологии является производство информации для ее последующего анализа и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

В приведенных определениях ключевыми словами являются процесс, совокупность методов и средств, а также перечисление различных действий по работе с информацией. Заметим, что в иностранных источниках комплексное понятие "информационная технология" определяется через базовое понятие "технология", а в определениях, данных авторами популярных учебников по информатике, дается свое понимание технологии как "совокупности методов и средств" или как "процесса". В определении 4 технология в качестве существенного признака технологии указывается факт преобразования первичной информации в информационный продукт. На наш взгляд, существенным признаком любой технологии является систематизированная последовательность действий. Оперируя базовыми понятиями и принципом минимизации определения, дадим следующее определение:

Информационная технология - систематизированная совокупность методов, средств и действий по работе с информацией.

Список действий по работе с информацией может быть достаточно большим: поиск, сбор, обработка, преобразование, хранение, отображение, представление, передача и т.д.

Заметим, что последние четыре десятилетия, словосочетание информационные технологии чаще всего употреблялись вместе со словом новые или современные - аббревиатуры НИТ или СИТ (Новые или Современные Информационные Технологии). В первую очередь это связано с автоматизацией процесса получения, обработки, хранения и передачи информации с помощью компьютеров и средств телекоммуникации. В литературе встречается также аббревиатура КИТ (Компьютерная Информационная Технология). Заметим также, что данное понятие употребляется в единственном или множественном числе, что не меняет сути явления.

2. Средства коммуникационных технологий

Средства коммуникационных технологий в настоящее время обладают колоссальными информационными возможностями и не менее впечатляющими услугами. Компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением, и средства телекоммуникаций вместе с размещенной на них информацией входят в ту группу средств коммуникационных технологий, с помощью которых мы не только узнаём о проблемах, происходящих вокруг нас, но и получаем дополнительную информацию, открываем для себя новые горизонты, покоряем неизведанные информационные вершины

Телекоммуникационные технологии -это организационные, педагогические, учебные технологии, формы и методы, предусматривающие применение в образовательном процессе современных компьютерных средств и информационных технологий. Под информационной технологией понимается совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи и представления информации, расширяющих знания людей и развивающих их возможности по управлению техническими и социальными процессами.

Технические средства телекоммуникационных технологий:

средства для записи и воспроизведения звука (электрофоны, магнитофоны, CD-проигрыватели),

системы и средства телефонной, телеграфной и радиосвязи (телефонные аппараты, факсимильные аппараты, телетайпы, телефонные станции, системы радиосвязи),

системы и средства телевидения, радиовещания (теле и радиоприемники, учебное телевидение и радио, DVD-проигрыватели),

оптическая и проекционная кино- и фотоаппаратура (фотоаппараты, кинокамеры, диапроекторы, кинопроекторы, эпидиаскопы),

полиграфическая, копировальная, множительная и другая техника, предназначенная для документирования и размножения информации (ротапринты, ксероксы, системы микрофильмирования),

компьютерные средства, обеспечивающие возможность электронного представления, обработки и хранения информации(компьютеры, принтеры, сканеры, графопостроители),

телекоммуникационные системы, обеспечивающие передачу информации по каналам связи (модемы, сети проводных, спутниковых, оптоволоконных, радиорелейных и других видов каналов связи, предназначенных для передачи информации).

3. Компоненты программных компьютерных средств

Обычно для обозначения основных компонент программно-аппаратных компьютерных средств используют следующие термины:

Software – совокупность программ, используемых в компьютере или программные средства, представляющие заранее заданные, чётко определённые последовательности арифметических, логических и других операций.

Hardware – технические устройства компьютера (“железо”) или аппаратные средства, созданные, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.

Brainware – знания и умения, необходимые пользователям для грамотной работы на компьютере (компьютерная культура и грамотность).

Работой компьютеров, любых вычислительных устройств управляют различного рода программы. Без программ любая ЭВМ не больше, чем груда железа. Компьютерная программа (англ. “Program”) обычно представляет собой последовательность операций, выполняемых вычислительной машиной для реализации какой-нибудь задачи. Например, это может быть программа редактирования текста или рисования.

Программа - это упорядоченная последовательность команд, предназначенная для решения разных задач с помощью компьютерной техники и технологии; точная и подробная последовательность инструкций на понятном компьютеру языке с указанием правил обработки информации

4. Программное обеспечение информационных технологий

Совокупность программ, используемых при работе на компьютере, составляет его программное обеспечение .

Программное обеспечение (ПО) – это программные средства информационных технологий. Они подразумевают создание, использование компьютерных программ различного назначения и позволяют техническим средствам выполнять операции с машиночитаемой информацией.

Компьютерные программы, также как и любая другая машиночитаемая информация, хранятся в файлах. Пишутся (составляются, создаются) программы программистами на специальных машинных алгоритмических языках высокого уровня (Бейсик, Фортран, Паскаль, Си и др.). Хорошая программа содержит: чётко определённые и отлаженные функции, удобные средства взаимодействия с пользователем (интерфейс), инструкцию по эксплуатации, лицензию и гарантию, упаковку. Программы для пользователей могут быть платными, условно-бесплатными, бесплатными и др.

Существуют классификации программного обеспечения по назначению, функциям, решаемым задачам и другим параметрам.

По назначению и выполняемым функциям можно выделить три основных вида ПО, используемого в информационных технологиях:

Общесистемное ПО – это совокупность программ общего пользования, служащих для управления ресурсами компьютера (центральным процессором, памятью, вводом-выводом), обеспечивающих работу компьютера и компьютерных сетей. Оно предназначено для управления работой компьютеров, выполнения отдельных сервисных функций и программирования. Общесистемное ПО включает: базовое, языки программирования и сервисное.

Базовое ПО включает: операционные системы, операционные оболочки и сетевые операционные системы.

Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных.

ОС запускает компьютер, отслеживает работу локальных и сетевых компьютеров, планирует решение с их помощью задач, следит за их выполнением, управляет вводом-выводом данных и др.

Основная причина необходимости ОС состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления его ресурсами – это операции очень низкого уровня. Действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций. Например, для выполнения процедуры копирования файла необходимо выполнить тысячи операций по запуску команд дисководов, проверке их выполнения, поиску и обработке информации в таблицах размещения файлов на дисках и т. д. Операционная система скрывает от пользователя эти подробности и выполняет эти процедуры.

Выделяют однопрограммные, многопрограммные (многозадачные), одно и многопользовательские, сетевые и несетевые ОС.

Сетевые ОС – это комплекс программ, обеспечивающих обработку, передачу, хранение данных в сети; доступ ко всем её ресурсам, распределяющих и перераспределяющих различные ресурсы сети.

Операционная оболочка – это программная надстройка к ОС; специальная программа, предназначенная для облегчения работы и общения пользователей с ОС (Norton Commander, FAR, Windows Commander, Проводник и др.). Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа “меню”. Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.

Языки программирования – это специальные команды, операторы и другие средства, используемые для составления и отладки программ. Они включают собственно языки и правила программирования, трансляторы, компиляторы, редакторы связей, отладчики и др.

Отладка программы (англ. “debugging”) – это процесс обнаружения и устранения ошибок в компьютерной программе; этап компьютерного решения задачи, при котором происходит устранение явных ошибок в программе. Она осуществляется по результатам, полученным в процессе тестирования компьютерной программы, и производится с использованием специальных программных средств – отладчиков.

Отладчик (англ. “debugger”) – это программа, позволяющая исследовать внутреннее поведение разрабатываемой программы. Обеспечивает пошаговое исполнение программы с остановкой после каждой оператора, просмотр текущего значения переменной, нахождение значения любого выражения и др.

Трансляторы – это программы, обеспечивающие перевод с языка программирования на машинный язык компьютеров.

Сервисное общесистемное ПО для ОС включает драйверы и программы-утилиты.
Драйверы – это специальные файлы ОС, расширяющие её возможности и включаемые в её состав для организации настройки ОС на использование различных устройств ввода-вывода, установки региональных параметров (языков, форматов времени, даты и чисел) и т.д. С помощью драйверов можно подключать к компьютеру новые внешние устройства или нестандартно использовать имеющиеся устройства.

Программы-утилиты – это полезные программы, дополняющие и расширяющие возможности ОС. Некоторые из них могут существовать отдельно от ОС. К этому классу программ можно отнести архиваторы, программы резервного копирования и др.

Кроме того, сервисное общесистемное ПО включает тестовые и диагностические программы, программы антивирусной защиты и обслуживания сети.

Тестовые и диагностические программы предназначены для проверки работоспособности отдельных узлов компьютеров, работы программ и устранения выявленных в процессе тестирования неисправностей.

Антивирусные программы используют для диагностики, выявления и устранения вирусных программ, нарушающих нормальную работу вычислительной системы.

Инструментальное программное обеспечение или инструментальные программные средства (ИПО) – это программы-полуфабрикаты или конструкторы, используемые в ходе разработки, корректировки или развития других программ. Они позволяют создавать различные прикладные пользовательские программы. К ИПО относят: СУБД, редакторы, отладчики, вспомогательные системные программы, графические пакеты, конструкторы обучающих, игровых, тестирующих и других программ. По назначению они близки к системам программирования.

Прикладное программное обеспечение (ППО) или прикладные программные средства используются при решении конкретных задач. Эти программы помогают пользователям выполнять необходимые им работы на компьютерах. Порой такие программы называют приложениями.

ППО носит проблемно-ориентированный характер. В нём обычно выделяют две составляющие: пользовательское и проблемное прикладное программное обеспечение.

К пользовательскому ППО относят: текстовые, табличные и графические редакторы и другие подобные программы, например, учебные и досуговые.

Набор нескольких пользовательских программ, функционально дополняющих друг друга и поддерживающих единую информационную технологию называют пакетом прикладных программ, интегрированным пакетом программ или интегрированным программным обеспечением. Пакеты программ выполняют функции, для которых ранее создавались специализированные программы. В качестве примера приведём ППП Microsoft Office, в состав которого входят: текстовый и табличный процессор, СУБД Access, Power Point и другие программы.

Проблемное ПО – это специализированное ППО, например, бухгалтерские программы, программы в области страхования и др.

Кроме перечисленных, отметим следующие прикладные программы: учебные, обучающие и тренажёры, мультимедийные, развлекательные, в т.ч. компьютерные игры, справочные (энциклопедии, словари и справочники) и др.

Любые компьютерные программы работают на каких-либо технических средствах информационных технологий.

Контрольные вопросы:

что такое компьютерная программа?

Для чего нужны компьютерные программы?

Какое бывает программное обеспечение компьютерных информационных технологий?

Как можно классифицировать и использовать такое программное обеспечение?

Какие бывают технические средства информатизации и их классификацию?

Литература:

Информатика: Учебник - 3-е перераб. изд. / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2000.- 768 с.

Программно-технические средства информационные технологии - http://inftis.narod.ru/it/5-6/n8.htm

Телекоммуникации (греч. tele - вдаль, далеко и лат. communication - общение) - это передача и прием любой информации (звука, изображения, данных, текста) на большие расстояния по различным электромагнитным системам (кабельным и оптоволоконным каналам, радиоканалам и другим, проводным и беспроводным каналам связи).

Телекоммуникационные сети представляют собой комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу информационных сообщений между абонентами.

К традиционным телекоммуникационным сетям относятся:

• Компьютерные сети (для передачи данных).
• Телефонные сети (передача голосовой информации).
• Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги).
• Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги).

На разных этапах развития общества применялись новые методы, средства и технологии передачи информации в телекоммуникационных системах.

Конвергенция телекоммуникационных сетей (радио, телефонных, телевизионных и вычислительных сетей) открывает новые возможности для передачи данных, голоса и изображения. Именно сеть Интернет претендует на роль глобальной универсальной мультисервисной (инфокоммуникационной) сети нового поколения для качественной передачи данных, голоса и изображения

Телекоммуникационные технологии - это совокупность алгоритмов, методов и средств передачи информации. Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании глобальных компьютерных сетей.

Глобальные компьютерные сети - это компьютерные сети, которые объединяют территориальные и, локальные сети, а также отдельные компьютеры, удаленные друг от друга на большие расстояния. К наиболее известной глобальной сети относится сеть Интернет (составная сеть IP). Глобальная сеть Интернет была создана в 1990 году на базе сети ARPANet. Для передачи данных в сети Интернет используется семейство сетевых протоколов (стек) TCP/IP.

Кроме того, к глобальным компьютерным сетям относятся: всемирная некоммерческая сеть FidoNet, EARNet, EUNet, CREN и другие глобальные сети. К Internet могут быть подключены и сети, которые не используют протокол IP, так называемые "чужие" сети (например, BITNET, DECnets и др.).

Все глобальные компьютерные сети являются составными сетями, а отличия между ними заключается в технологиях канального и физического уровней. Протоколы уровня сетевого интерфейса обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей, созданных на основе различных технологий (Ethernet, Token Ring, X25, Frame Relay, ATM и т.д.).

Составная сеть - это совокупность нескольких сетей или подсетей, соединенных маршрутизаторами. Глобальные сети IP можно разделить на два класса: чистые сети IP и наложенные (оверлейные) сети «IP поверх ATM/FR/MPLS ». IP-сети могут работать поверх любых сетей: ATM, MPLS, SDH, Frame Relay, Ethernet, поверх выделенных каналов (SLIP, HDLC, PPP) и так далее. Необходимо отметить, что наиболее перспективными являются наложенные сети IP/MPLS.

IP/MPLS отличается от стандартного пакетного протокола IP тем, что коммутация трафика основывается не на адресной информации в IP-пакете, а на коммутации трафика внутри сети MPLS по прикрепленной к пакету данных специальной метке.

Основное назначение сети Интернет:

• оказание телекоммуникационных услуг;
• предоставление информационных услуг;
• предоставление средств коммуникаций;

Общедоступные (публичные) телекоммуникационные услуги оказывают операторы связи, они предоставляют каналы общественных телекоммуникаций, предоставляют в аренду каналы связи. Кроме того, в настоящее время распространены услуги по организации корпоративных территориально распределенных сетей заказчиков в разделяемой инфраструктуре операторов связи и сервис-провайдеров. В этом случае корпоративные территориально распределенные сети строятся на основе модели MPLS L3 VPN или MPLS L2 VPN.

К информационным услугам относятся ресурсы многочисленных Web-сайтов. Интернет играет огромную роль в обществе и как средство коммуникаций (E-mail, телеконференции, IP-телефония и так далее). С развитием потоковых технологий вещания (потокового аудио- и видео-вещания) и применением широкополосных каналов передачи данных Интернет превращается в информационную транспортно- вещательную сеть. Интернет претендует на роль глобальной универсальной мультисервисной сети нового поколения для качественной передачи данных, голоса и изображения.

Сеть Интернет характеризуется:

• Архитектурой Интернет;
• Межсетевым протоколом (IP-протоколом) способным объединять различные физические сети.

Архитектура сети - концепция, определяющая основные элементы сети, характер и топологию взаимодействия этих элементов и представляющая логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств сети. Практически все услуги Internet построены на базе архитектуры клиент-сервер.

Применение межсетевого IP-протокола обеспечило нормальное взаимодействие компьютеров с различными программными и аппаратными платформами в сети Интернет.