Цифровая экономика Цифровая экономика средствами компьютерных сетей, Internet, киберфизические систем, виртуальных облачных вычислений Цели изучения темы: - сформировать понимание понятийного аппарата компьютерных сетей и интернета. - изучить эволюцию и классификацию информационных технологий для киберфизических систем и виртуальных облачных вычислений. Задачи изучения темы: освоение основных понятий информационных технологий, сетей и программ; изучение информационного пространства современного предприятия; изучение преимуществ использования ИТ и компьютерных сетей; изучение классификации каналов связи, SaaS, облачных решений. В результате изучения данной темы вы будете Знать: понятие компьютерной программы; функциональное назначение компьютерной программы; понятие базы данных, как объекта авторского права; права авторов компьютерных программ и баз данных; принципы построения, архитектуры компьютерных сетей; понятие инфокоммуникационной среды; понятие виртуализации, saas и облачных решений. Уметь: классифицировать информационные технологии для компьютерных сетей и интернета; выделять компоненты киберфизических систем и виртуальных облачных вычислений. Владеть: знаниями в области использования компьютерных программ и баз данных. Учебные вопросы темы: 1. Понятие компьютерной программы. Функциональное назначение компьютерной программы. Компьютерная программа – как объект авторского права. 2. Понятие базы данных. База данных – как объект авторского права. Права авторов компьютерных программ и баз данных. Особенности использования компьютерных программ и баз данных. 3. Принципы построения, архитектура компьютерных сетей. (КС) Назначение. Классификация КС. Технология открытых сетей: OSI/ISO. 7-ми уровневая модель. Протоколы, иерархия протоколов, режимы работы. Инфокоммуникационная среда. 4. Глобальные сети. Назначение. InterNet. IntraNet. ExtraNet. Каналы связи, модемы. 5. Виртуализация, SaaS и облачные решения. Вопрос 1. Понятие компьютерной программы. Функциональное назначение компьютерной программы. Компьютерная программа – как объект авторского права В основу работы любого компьютера положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Программа – это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов на языке, который понимает компьютер. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера. Работа компьютерной системы осуществляется в непрерывном взаимодействии аппаратных и программных средств. Программное обеспечение (ПО, Software) – это совокупность программ и соответствующей документации, позволяющая использовать вычислительную технику для решения различных задач. В английском языке для программного обеспечения выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово – software (буквально – «мягкое изделие»), которое подчеркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины («железки» – hardware) и вместе с тем говорит о его гибкости, способности модифицироваться, приспосабливаться, развиваться. Именно эти черты программное обеспечение демонстрирует на протяжении всего периода своего существования. Программное обеспечение выполняет следующие основные функции: обеспечивает работоспособность ЭВМ, так как без соответствующего ПО компьютеры не могут осуществлять никакие операции; расширяет ресурсы вычислительной системы и повышает эффективность их использования; облегчает взаимодействие пользователя с ЭВМ и повышает производительность его труда, т. е. обеспечивает пользовательский интерфейс. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками, существует взаимосвязь – многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть можно говорить о программном интерфейсе. Программный интерфейс – функциональность, которую некоторый программный компонент предоставляет другим программным компонентам. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия. На практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения можно представить в виде пирамидальной конструкции (рис. 1), каждый вышестоящий уровень которой опирается на программное обеспечение предшествующих уровней, а сам, в свою очередь, повышает функциональность всей системы. Рис. 1. Уровни программного обеспечения Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения составляет базовое программное обеспечение. Базовое ПО отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. К этому уровню ПО относится базовая система ввода-вывода (BIOS). BIOS (Basic Input-Output System, базовая система ввода-вывода) – реализованная в виде микропрограмм часть программного обеспечения, которая предназначается для обеспечения доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам. В том случае, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ – Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). Системный уровень является переходным. Программы, работающие на этом уровне, составляют системное программное обеспечение. Программы системного уровня обеспечивают взаимодействие прочих программ компьютерной системы с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, то есть выполняют «посреднические» функции. От программного обеспечения этого уровня во многом зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Так, например, при подключении к вычислительной системе нового оборудования на системном уровне должна быть установлена программа, обеспечивающая для других программ взаимосвязь с этим оборудованием. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с этим оборудованием, называются драйверами устройств – они входят в состав ПО системного уровня. Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называют средствами обеспечения пользовательского интерфейса. Интерфейс пользователя – совокупность средств, при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами. Совокупность программного обеспечения системного уровня образует ядро операционной системы компьютера. Наличие ядра операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой. Операционная система ОС (англ. operating system, OS) – комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем. Служебный уровень. Программное обеспечение этого уровня взаимодействует как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (их называют утилитами) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы. Во многих случаях используются для расширения или улучшения функций системных программ. Некоторые служебные программы (программы обслуживания) изначально включают в состав операционной системы (например, Восстановление системы, Дефрагментация диска, Монитор ресурсов), но большинство служебных программ являются для операционной системы внешними и служат для расширения ее функций. Большинство программ служебного уровня служат для расширения функций ОС. Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня представляет собой комплекс программ, предназначенных для выполнения конкретных задач пользователей. Огромный функциональный диапазон возможных приложений средств вычислительной техники обусловлен наличием прикладных программ для разных видов деятельности. Поскольку между прикладным ПО и системным существует непосредственная взаимосвязь (первое опирается на второе), то можно утверждать, что универсальность вычислительной системы, доступность прикладного программного обеспечения и широта функциональных возможностей компьютера напрямую зависят от типа операционной системы, от того, какие системные средства содержит ядро ОС, как она обеспечивает взаимодействие триединого комплекса человек – программы – оборудование. 1. Классификация программного обеспечения по назначению Широкое распространение получила общая классификация программного обеспечения по назначению или области использования программных средств. При этом ПО условно делится на три группы: системное (общее) программное обеспечение необходимо для управления ресурсами компьютера и их распределения между разными потребителями, организации и контроля вычислительного процесса, выполнения пользовательских программ и предоставления пользователю набора различных услуг (тестирование и подготовка оборудования к работе, создание архивных копий используемой информации и др.). Программные продукты данной группы носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области. Системное ПО (System Software) – совокупность программ и программных комплексов, предназначенных для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. прикладное (специальное) программное обеспечение (пакеты прикладных программ, ППП) предназначено для обеспечения решения задач пользователя в различных сферах человеческой деятельности (редактирование текстов, создание таблиц, рисование картинок и др.). Пакеты прикладных программ – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной области. инструментальное программное обеспечение (системы программирования) предназначено для создания новых программ, в том числе общего и специального программного обеспечения. Инструментальное ПО – программные средства поддержки (обеспечения) технологии программирования. 2. Классификация прикладного ПО Прикладные программы являются наиболее развивающейся частью ПО и обеспечивают выполнение конкретных задач пользователя. Структура и принципы построения прикладной программы зависят от класса ЭВМ и операционной системы, в рамках которой это приложение будет функционировать. По функционально-организационному признаку прикладное ПО делится на две группы: проблемно-ориентированные программы и интегрированные пакеты. Проблемно-ориентированные программы Это наиболее многочисленная часть ПО. Сегодня для использования на компьютере разработаны сотни тысяч различных прикладных программ для всевозможных сфер деятельности человека. Интегрированные пакеты Представляют собой пакет нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга и поддерживающих единую технологию работы. Типичными представителями таких пакетов являются: Microsoft Office, OpenOffice.org. В базовой и профессиональной редакциях этих пакетов обязательно присутствуют следующие приложения: текстовый процессор, табличный процессор, программа демонстрационной графики (система подготовки презентаций), и СУБД (не всегда для базовой редакции). 3. Классификация служебного ПО Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). Используются для выполнения операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы. Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивирование упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архив. При этом повышается и эффективность использования носителя за счет того, что архивные файлы имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий данных. Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и, при необходимости, редактировать. В случае, когда требуется только просмотр (воспроизведение в случае звукозаписи или видеозаписи), удобно использовать более простые и универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов. Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы. Средства контроля (мониторинга). Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе либо в режиме реального времени, либо в режиме записи результатов в специальном протокольном файле. В последнем случае результаты мониторинга можно передать службе технической поддержки для установления причин конфликта в работе программного и аппаратного обеспечения. Мониторы установки. Предназначены для контроля над установкой программного обеспечения. Следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей (между различными категориями программного обеспечения) и позволяют восстановить связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ. Простейшие средства управления установкой программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточными. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы. Средства коммуникации (коммуникационные программы). Позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями, обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и других операций в компьютерных сетях. Средства обеспечения компьютерной безопасности. К ним относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. В качестве средства пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования. В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии. 4. «Рыночная» классификация ПО Существует еще одна классификация ПО, связанная со способом распространения программы и теми условиями, приняв которые, потребитель получает возможность ею пользоваться. Способ распространения и варианта лицензии: Бесплатное ПО (freeware); Условно-бесплатное ПО (shareware); «Рекламно-оплачиваемые программы» (adware), ПО с рекламой; Коммерческое ПО (commercial ware); OEM-версии (англ. original equipment manufacturer – «оригинальный производитель оборудования»); «Условно-платные» программы (donationware, от англ. donation – «пожертвование»); «Открыточные» версии (postcardware, cardware); Заброшенное ПО (Abandonware) программное обеспечение. Совокупность установленных на компьютере программ, называется его программной конфигурацией. Совокупность оборудования, подключенного к компьютеру, называется его аппаратной конфигурацией. На каждом рабочем месте программно-аппаратная конфигурация создается такой, чтобы наиболее эффективно решать конкретные практические задачи, характерные для данного рабочего места. Вопрос 2. Понятие базы данных. База данных – как объект авторского права. Права авторов компьютерных программ и баз данных. Особенности использования компьютерных программ и баз данных База данных – это совокупность самостоятельных материалов, систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ). Таким образом, есть следующие признаки базы данных: наличие совокупности материалов. При этом не имеет значения, охраняются ли сами материалы авторским правом. В их числе могут быть статьи, правовые акты, изображения, справочные сведения и т.п.; наличие системы расположения материалов (систематизации); техническая возможность работать с базой с помощью ЭВМ. При этом программы, обеспечивающие работу с базой данных (СУБД), охраняются как самостоятельные объекты авторского права. Особенности баз данных как объектов авторского права: могут быть зарегистрированы по желанию правообладателя; охране подлежит творческая систематизация материалов, составляющих базу данных, а не сами материалы. Иными словами, с точки зрения авторского права, в базе данных главное – набор таблиц, связей между ними, а также критерии систематизации материалов внутри таблиц базы данных. особые случаи свободного использования базы данных. В частности, запрет воспроизведения базы данных даже в личных целях. Вместе с тем допускается декомпиляция в целях синхронизации с другими программами и базами данных и изготовление архивного экземпляра базы данных. Авторское право на базу данных Любому объекту авторского права присущ творческий характер, который всегда презюмируется (т.е. доказать его отсутствие можно только через суд). Это правило распространяется и на базы данных, что неудивительно, тем более, закон раскрывает, что сущность творческой деятельности создателя баз данных состоит в правильной подборке и размещении информации. Вопрос 3. Принципы построения, архитектура компьютерных сетей. (КС) Назначение. Классификация КС. Технология открытых сетей: OSI/ISO. 7-ми уровневая модель. Протоколы, иерархия протоколов, режимы работы. Инфокоммуникационная среда С момента появления ЭВМ возник вопрос о передаче данных между отдельными компьютерами и рациональном распределении ресурсов ЭВМ. Первые ЭВМ были очень сложны в эксплуатации и имели дорогостоящие аппаратные компоненты, отсутствовали единые стандарты построения ЭВМ. С развитием аппаратной и программной базы компьютеров совершенствовались и сетевые технологии. Сначала были созданы системы передачи данных первоначально в коммерческих, военных и научных целях, затем сфера применения сетей расширилась. В настоящее время использование компьютерных сетей является неотъемлемой частью нашей жизни, область их применения охватывает все сферы человеческой деятельности. Под компьютерной сетью понимается любое множество ЭВМ, связанных между собой средствами передачи данных (средствами телекоммуникаций). Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров. Разделение ресурсов. Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций. Разделение данных. Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации. Разделение программных средств. Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств. Разделение ресурсов процессора. При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции. Многопользовательский режим. Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план. Классификация компьютерных сетей Искусственные и реальные сети; Территориальная распространенность; Ведомственная принадлежность; Скорость передачи информации; Тип среды передачи информации; Топология компьютерных сетей; Одноранговые и иерархические сети. Искусственные и реальные сети По способу организации сети подразделяются на реальные и искусственные. Искусственные сети (псевдосети) позволяют связывать компьютеры вместе через последовательные или параллельные порты и не нуждаются в дополнительных устройствах. Иногда связь в такой сети называют связью по нуль-модему (не используется модем). Само соединение называют нульмодемным. Искусственные сети используются, когда необходимо перекачать информацию с одного компьютера на другой. Основной недостаток – низкая скорость передачи данных и возможность соединения только двух компьютеров. Реальные сети позволяют связывать компьютеры с помощью специальных устройств коммутации и физической среда передачи данных. Основной недостаток – необходимость в дополнительных устройствах. Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков: территориальная распространенность; ведомственная принадлежность; скорость передачи информации; тип среды передачи; топология; организация взаимодействия компьютеров. По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными. Локальные сети – это сети, перекрывающие территорию не более 10 км2. Региональные сети – расположенные на территории города или области. Глобальные сети – на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet. В классификации сетей существует два основных термина: LAN и wAN. LAN (Local Area Network) – локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку – около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов. wAN (wide Area Network) – глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример wAN – сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей. Введем определения. Узел сети представляет собой компьютер, либо коммутирующее устройство сети. Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных узла. Узлы сети бывают трех типов: оконечный узел – расположен в конце только одной ветви; промежуточный узел – расположен на концах более чем одной ветви; смежный узел – такие узлы соединены по крайней мере одним путем, не содержащим никаких других узлов. Способ соединения компьютеров в сеть называется ее топологией. Наиболее распространенные виды топологий сетей: Линейная сеть Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами. Кольцевая сеть Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви. Звездообразная сеть Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел. Общая шина В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной. Древовидная сеть Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь. Ячеистая сеть Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними. Полносвязная сеть Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. С точки зрения организации взаимодействия компьютеров, сети делят на одноранговые (Peer-to-Peer Network) и с выделенным сервером (Dedicated Server Network). Все компьютеры одноранговой сети равноправны. Любой пользователь сети может получить доступ к данным, хранящимся на любом компьютере. В иерархической сети при установке сети заранее выделяются один или несколько компьютеров, управляющих обменом данных по сети и распределением ресурсов. Такой компьютер называют сервером. Любой компьютер, имеющий доступ к услугам сервера называют клиентом сети или рабочей станцией. Сервер в иерархических сетях – это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Иерархическая модель сети является наиболее предпочтительной, так как позволяет создать наиболее устойчивую структуру сети и более рационально распределить ресурсы. Также достоинством иерархической сети является более высокий уровень защиты данных. К недостаткам иерархической сети, по сравнению с одноранговыми сетями, относятся: необходимость дополнительной ос для сервера; более высокая сложность установки и модернизации сети; необходимость выделения отдельного компьютера в качестве сервера. Различают две технологии использования сервера: технологию файлсервера и архитектуру клиент-сервер. В первой модели используется файловый сервер, на котором хранится большинство программ и данных. По требованию пользователя ему пересылаются необходимая программа и данные. Обработка информации выполняется на рабочей станции. В системах с архитектурой клиент-сервер обмен данными осуществляется между приложением-клиентом (front-end) и приложением-сервером (back-end). Хранение данных и их обработка производится на мощном сервере, который выполняет также контроль за доступом к ресурсам и данным. Рабочая станция получает только результаты запроса. Разработчики приложений по обработке информации обычно используют эту технологию. Использование больших по объему и сложных приложений привело к развитию многоуровневой, в первую очередь трехуровневой архитектуры с размещением данных на отдельном сервере базы данных (БД). Все обращения к базе данных идут через сервер приложений, где они объединяются. Модель OSI Международной организацией стандартов утверждены определенные требования к организации взаимодействия между системами сети. Эти требования получили название OSI (Open System Interconnection) – «эталонная модель взаимодействия открытых систем». Согласно требованиям эталонной модели, каждая система сети должна осуществлять взаимодействие посредствам передачи кадра данных. Согласно модели OSI образование и передача кадра осуществляется с помощью 7-ми последовательных действий, получивших название «уровень обработки». Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная ролью в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей. Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень. На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень. Уровень 1. Физический На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня. Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (CCITT), EIA rS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию. Уровень 2. Канальный Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые «кадры», последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок. Уровень 3. Сетевой Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню, – рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов). Уровень 4. Транспортный Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных. Уровень 5. Сеансовый Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях. Уровень 6. Представления данных Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы. Уровень 7. Прикладной В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Компоненты компьютерной сети Для организации компьютерной сети необходимо наличие: сетевого программного обеспечения; физической среды передачи данных; коммутирующих устройств. Самое распространенное решение – Ethernet. Появилась технология Ethernet – во второй половине 70-х гг. Ее разработали совместно фирмы DEC, Intel и Xerox. В настоящее время эта технология наиболее доступна и популярна. Топология – шина, звезда; Среда передачи данных – коаксиал, витая пара; Скорость передачи данных – до 50 Гбит/с; Длина кабельного сегмента сети – не более 100 м до хаба. Принципы работы сети Ethernet: 1. Никому не разрешается посылать сообщения в то время, когда этим занят уже кто-то другой (слушай перед тем, как отправить). 2. Если два или несколько отправителей начинают посылать сообщения примерно в один и тот же момент, рано или поздно их сообщения «столкнутся» друг с другом в проводе, что называется коллизией. Коллизии нетрудно распознать, поскольку они всегда вызывают сигнал помехи, который не похож на допустимое сообщение. Ethernet может распознать помехи и заставляет отправителя приостановить передачу, подождать некоторое время прежде, чем повторно отправить сообщение. Достоинства Ethernet: дешевизна; большой опыт использования; продолжающиеся нововведения; богатство выбора; многие изготовители предлагают аппаратуру построения сетей, базирующуюся на Ethernet. Недостатки Ethernet: возможность столкновений сообщений (коллизии, помехи); в случае большой загрузки сети время передачи сообщений непредсказуемо. Вопрос 4. Глобальные сети. Назначение. InterNet. IntraNet. ExtraNet. Каналы связи, модемы Первоначально появился Интернет (Internet) – глобальная сеть, объединяющая более 10 000 обычных сетей, использующих протокол IP. Как уже упоминалось выше, в Интернет входят и некоторые не IP-сети. За пользование сетью Интернет никто централизованно не собирает плату со всех сетей, входящих в ее состав, и не оплачивает ее поддержку. Каждая сеть сама оплачивает свою часть и собирает деньги со своих потребителей. Конечный потребитель платит за свое подключение к региональной сети, которая, в свою очередь, платит за подключение к сети более высокого ранга. Интернет – это всемирная публичная открытая сеть, предоставляющая своим пользователям целый ряд сервисов, начиная от WWW и электронной почты и до удаленного использования ресурсов различных компьютеров. Широкое распространение интернет-технологий, в первую очередь WWW, не обошло стороной и закрытые корпоративные приложения, которые, со своей стороны, обеспечили сильную финансовую поддержку дальнейшему развитию технологий. Так появилась сеть Интранет. Интранет (Intranet) или интрасеть – это внутрикорпоративная локальная или территориально распределенная сеть, защищенная от несанкционированного доступа, основанная на интернет-технологиях. Интранет может использовать как локальные вычислительные сети и выделенные линии (физически закрытая сеть), так и различные комбинации локальных и территориальных сетей, включая Интернет. Можно сказать, что Интранет – это Интернет в миниатюре. Сеть построена на использовании протоколов TCP/IP для обмена и совместного использования некоторой части информации внутри организации – это могут быть списки сотрудников, телефонов партнеров и заказчиков. Чаще всего под этим термином имеют в виду только видимую часть Интранета – внутренний web-сайт организации. Основанный на базовых протоколах HTTP и HTTPS и организованный по принципу «клиент-сервер» интранет-сайт доступен с любого компьютера через браузер. Таким образом, Интранет – это «частный» Интернет, ограниченный виртуальным пространством отдельно взятой организации. Интранет допускает использование публичных каналов связи, входящих в Интернет (VPN), но при этом обеспечиваются защита передаваемых данных и меры по пресечению проникновения извне на корпоративные узлы. Приложения в Интранете также основаны на применении интернеттехнологий и в особенности web-технологии: гипертекст в формате .html, протокол передачи гипертекста HTTP и интерфейс серверных приложений CGI. Составными частями Интранета являются web-серверы для статической или динамической публикации информации и браузеры для просмотра и интерпретации гипертекста. Интранет часто использует интернет-технологии для обеспечения современными интерфейсами функций информационных систем, размещающих корпоративные информационные ресурсы, доступные только соответствующему контингенту пользователей. Интранет-компания не обязательно должна обеспечивать доступ к Интернету. Когда такой доступ все же организуется, то это обычно происходит через сетевой шлюз с брандмауэром, ограждая Интранет от несанкционированного внешнего доступа. Сетевой шлюз часто также осуществляет пользовательскую аутентификацию, шифрование данных и возможность соединения по виртуальной частной сети (VPN) для находящихся за пределами предприятия сотрудников, чтобы они могли получить доступ к информации о компании, вычислительным ресурсам и внутренним контактам. Очевидная выгода использования Интранета заключается в следующем: высокая производительность при совместной работе над какими-то общими проектами; легкий одновременный доступ персонала к определенным данным (при этом правила ограничения доступа распространяются на всех сотрудников); гибкий уровень взаимодействия: можно менять бизнес-схемы взаимодействия как по вертикали, так и по горизонтали; мгновенная публикация данных на ресурсах Интранета, позволяющая всегда поддерживать специфические корпоративные знания в актуальном состоянии, легко их получать и использовать, применяя сетевые и гипермедийные технологии (служебные инструкции, внутренние правила, стандарты, службы рассылки новостей и даже обучение на рабочем месте и др.); возможность внедрения в жизнь общей корпоративной культуры, а также использование гибкости и универсальности современных информационных технологий для решения производственных и управленческих задач. Еще одной разновидностью сети является Экстранет (Extranet), которая представляет собой расширенный вариант интрасети. Экстранет – это корпоративная сеть, использующая интернет-технологии как для корпоративных целей, так и для предоставления части служебной информации клиентам, партнерам и другим лицам за пределами компании. Иногда ее понимают только как часть корпоративной сети, которая доступна для уполномоченных пользователей вне компании. Если доступ к Интранету предоставлен только служащим организации, то к Экстранету могут получить доступ клиенты, поставщики или другие утвержденные руководством лица. В экстранет-технологии помимо частной сети пользователи имеют доступ к интернет-ресурсам, но при этом осуществляются специальные меры для безопасного доступа, авторизации и аутентификации. В интранет- или экстранет-системах приоритетными являются задачи безопасности и разграничения прав доступа к информации и сервисам. При этом компания имеет возможность размещать в системе закрытые корпоративные материалы и предоставлять пользователям доступ к сервисам, напрямую связанным с жизнедеятельностью компании. Интернет, Интранет и Экстранет различаются с точки зрения корпоративного применения: Интернет – это публичные корпоративные сайты и открытая электронная почта; Интранет – закрытые корпоративные порталы, действующие в пределах локальной сети компании, на которых размещаются закрытые корпоративные материалы и предоставляется доступ уполномоченным пользователям к системе автоматизированного управления компанией, а также закрытая электронная почта; Экстранет – закрытые корпоративные порталы, действующие в пределах сети Интернет, на которых размещаются закрытые корпоративные материалы, предоставляется доступ уполномоченным пользователям к системе автоматизированного управления компанией, а партнерам и постоянным клиентам компании – к ряду материалов. Также предоставляются услуги по пользованию закрытой электронной почтой. Вопрос 5. Виртуализация, SaaS и облачные решения В описании облачных решений и сервисов часто встречаются аббревиатуры: IaaS, PaaS и SaaS. В чем отличие, как работают и какие возможности дают пользователям облаков? Практически ни одна компания не обходится без IT-инфраструктуры – даже небольшой фирме нужны серверы для хранения баз данных или инструменты, объединяющие компьютеры сотрудников в общую сеть. Компания может закупить серверы и настроить эту инфраструктуру у себя, но это достаточно долго и дорого. А может ничего не покупать, если взять в аренду облачные сервисы IaaS. IaaS – это Infrastructure as a Service, то есть инфраструктура как услуга. К инфраструктуре относят вычислительные ресурсы: виртуальные серверы, хранилища, сети. Это что-то вроде виртуальных «компьютеров», на которые можно установить что угодно: операционную систему, программное обеспечение, приложения. Поставщик IaaS (инфраструктуры как сервиса), или облачный провайдер, уже все купил и собрал, обеспечил серверы электричеством и интернетом. Остается только подключиться к этим вычислительным мощностям через интернет и использовать их для своих целей. Провайдеры облачных услуг могут предоставлять уже настроенные инструменты (платформы) под разные задачи. Такие инструменты называют PaaS – это Platform as a Service, платформа как услуга. Ключевое отличие PaaS от IaaS в том, что здесь у есть определенные инструменты, например: система управления базами данных, среда машинного обучения или обработки big data, промышленный IoT. Их нужно настроить под потребности компании, но не надо строить с нуля. Это позволяет экономить время разработчиков – например, им не нужно разбираться с разработкой базы данных, можно просто загрузить в нее информацию и работать. При этом нет доступа к операционной системе, настройкам виртуальных серверов, которые лежат в основе PaaS, а также к низкоуровневым настройкам самой платформы. Провайдер берет на себя их оптимальную конфигурацию и снимает с потребителя необходимость следить за настройками, обновлениями, масштабированием и безопасностью. Клиент получает доступ только к интерфейсам самой платформы. SaaS – это полностью настроенная и готовая к работе программа, выполняющая определенные функции. Единственное отличие технологии SaaS от программы на смартфоне или компьютере в том, что сам софт находится в облаке. Доступ к нему идет через интернет, а сама программа работает на мощностях виртуальных серверов, поэтому не нагружает компьютер или смартфон. SaaS – это Software as a Service, программное обеспечение как сервис. IaaS и PaaS для SaaS-сервисов могут выступать как инфраструктура и среды разработки и развертывания: разработчики программного обеспечения используют облачные мощности, чтобы разрабатывать, запускать и хранить SaaS-приложения, обеспечивать к ним доступ пользователям. Вопросы для самопроверки: 1. Что такое компьютерная программа? 2. Каково функциональное назначение компьютерной программы? 3. Почему компьютерная программа является объектом авторского права? 4. Что такое база данных? 5. Почему база данных является объектом авторского права? 6. Каковы права авторов компьютерных программ и баз данных? 7. В чем заключаются особенности использования компьютерных программ и баз данных? 8. Каковы принципы построения, архитектура компьютерных сетей? 9. Как классифицируются компьютерные сети? 10. Как характеризуются протоколы, иерархия протоколов, режимы работы? 11. В чем особенности инфокоммуникационной среды? 12. Каковы особенности глобальных сетей? 13. Для чего используется виртуализация? 14. Для чего используют SaaS и облачные решения?
