Интернет технологии. 2

ВВЕДЕНИЕ

   Трудно  назвать другую сферу человеческой деятельности, которая развивалась  бы столь стремительно и порождала  такое разнообразие подходов к изучению материала, как информатизация и  компьютеризация общества. История  развития информационной технологии поучительна  и быстрым изменением наших концептуальных представлений о роли тех или  иных методов, технологических средств, людей, занятых в этой сфере. Еще  несколько  лет назад бесспорным казался лозунг «Программирование  – вторая грамотность», под которым  подразумевалось умение каждого  образованного человека создать  и программировать алгоритмы  в своей предметной области на языках FORTRAN, BASIC и т.п. В современных реалиях наиболее актуальным для большинства людей стало не программирование (в старом смысле слова), а умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества (термины «Word», «Excel», « Internet» стали такими же обыденными, как «телефон» или «шахматы») убеждает в том, что культура общения с компьютером становится частью общей культуры человека.

1. СРЕДСТВА КОММУНИКАЦИЙ И МИРОВЫЕ СЕТИ

1. Компьютерные  коммуникации в современном мире

   Если локальные  сети дают возможность организовывать совместное использование ресурсов, а также общение нескольких десятков или сотен пользователей, расположенных  сравнительно недалеко друг от друга  (не далее двух километров), то на больших расстояниях компьютеры связываются друг с другом через телекоммуникационные сети. Телекоммуникационная сеть (или глобальная сеть) – это система каналов передачи данных и средств коммутации (переключения), обеспечивающих соединение пользовательских коммуникационных систем и обмен данными между ними.

   Каналами  передачи данных в телекоммуникационных сетях служат оптоволоконные, спутниковые, телефонные, радио- и прочие линии  связи. Они связывают в единую систему множество компьютеров (как  изолированных, так и в составе  локальных сетей) с различными операционными  системами и прикладными программами, которые функционируют на разных аппаратных платформах. Однако эта  система остается единой благодаря  существующим протоколам (стандартам, соглашениям) обмена информацией, - эти  протоколы образуют основу любой  телекоммуникационной сети, и их придерживаются все пользователи.

   В телекоммуникационных сетях разнообразное программное  обеспечение, в котором часто  используются идеи технологии «клиент-сервер». В любой сети имеются специальные  узлы связи на базе мощных компьютеров, обеспечивающих надежную круглосуточную передачу информации, ее хранение и  одновременную работу с этой информацией  многих пользователей. Такие компьютеры называются сетевыми серверами или  хост-компьютерами. Все компьютерные узлы связи работающие в сети, связаны  между собой и, помимо этого, обеспечивают связь с другими телекоммуникационными  сетями через так называемые «шлюзы» - системы, которые организуют обмен  данными между несовместимыми по используемым протоколам сетями.

   Стандартным устройством, с помощью которого ваш компьютер может быть подключен  к мировой сети, является модем (модулятор  демодулятор) – небольшое электронное  устройство, встроенное в ПК или  размещено в отдельном корпусе. Модем подключается к компьютеру и обычной телефонной розетке. Единственная функция модема – преобразователь  дискретный (цифровой) сигнал, с которым работает ПК, в аналоговый сигнал, передаваемый по телефонной линии (и наоборот). Для работы с модемом применяется специальное программное обеспечение.  В качестве канала связи может использоваться либо обычная (коммутируемая, т.е. переключаемая), либо специально выделенная телефонная линия.

      В настоящее время действуют сотни  различных компьютерных телекоммуникационных сетей. Они создаются для пользователей  с определенной профессиональной ориентацией, административными обязанностями  или же просто для людей, которые  нуждаются в оперативном доступе  к большим информационным ресурсам. С этой точки зрения, телекоммуникационные сети можно классифицировать по группам  персональных интересов пользователей: академические, коммерческие, специализированные (для фирм и отраслей), образовательные  и т.п.

  Разнообразие компьютерных сетей связано с разнообразием структур их организации, используемых протоколов и линий связи. По этому принципу (от которого зависят возможности сети и, прежде всего, спектр предоставляемых ею услуг) можно выделить три группы сетей.

1. Сети, связывающие малые персональные компьютеры напрямую друг  с другом с помощью обычных телефонных линий и обеспечивающие файловый обмен (например, FIDOnet и некоторые российские сети коммерческой информации).
2. Сети, построенные на технологии UUCP (UNIX-to-UNIX Copy Program) и связывающие большие многопользовательские компьютеры с помощью как обычных телефонных линий, так и специализированных высокоскоростных каналов. Служат для передачи больших потоков разнообразной информации, но дают пользователям весьма ограниченный доступ к удаленным ресурсам сети в реальном времени (например, USENET, BITNET и др.).
3. Сети, входящие в сообщество Internet и предоставляющие пользователям не только возможности передачи любой информации, но и доступ к удаленным ресурсам (файлам, прикладным программам и вычислительным мощностям на других компьютерах) в реальном времени. Типичные примеры – NSFnet, Sprint, GlasNet, Relcom, Teleport и десятки других сетей во всем мире.

Примечание. Во многих случаях название сетей – это  названия компаний («провайдеров», от слова  «provide» - «обеспечивать»), предоставляющих пользователям разнообразные телекоммуникационные услуги (электронная почта, подключение к internet и т.д.) В зависимости от специализации провайдера и других факторов, наборы и стоимость услуг разных компаний могут различаться. 

2. Что такое Internet

  Сообщество  Internet является на сегодня крупнейшей и наиболее динамично развивающейся глобальной информационной системой. Internet не имеет определенной организационной структуры и представляет собой некий конгломерат самостоятельных компьютерных сетей, созданных усилиями различных правительств, научных, коммерческих и некоммерческих организаций. Объединяет же их то, что все они используют базовые протоколы обмена ТСР/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Поэтому фраза «подключение к Internet» на деле означает подключение к одной из телекоммуникационных сетей, поддерживающей протоколы TCP/IP и входящей в сообщество Internet.

  Чем же знамениты  протоколы ТСР/IP и зачем они нужны? В самом упрощенном виде задача компьютерной сети состоит в доставке каких-то битов информации из компьютера А в компьютер В. При этом весьма желательно, чтобы в ходе транспортировки эти биты не были искажены или утеряны. Содержание передаваемого сообщения для сети совершенно безразлично – доставка романтического письма и глобальной карты погоды осуществляется по одним и тем же правилам. Как же достигается надежная транспортировка одновременно миллионов сообщений в очень сложной структуре, включающей сотни тысяч различных компьютеров и все многообразие средств связи – от обычных телефонных линий до оптоволоконных кабелей и спутниковых каналов космической связи?

  Среди сетей  связи различают сети с коммуникацией  пакетов и сети с коммуникацией  каналов.

        Простейший пример сети с коммутацией  пакетов - обычная почта. Чтобы отправить письмо из Москвы в Вологду, эта служба не предоставляет пользователю почтовый поезд. Вместо этого, забрав у него конверт, почта доставляет его на нужный вокзал, загружает (вместе с тысячами других конвертов) в поезд, потом доставляет на вологодский узел связи, затем -  в почтовое отделение получателя и, наконец, в почтовый ящик. Заметим, что все время по дороге (в почтовой машине, в вагоне, в сумке почтальона) письмо движется вместе с множеством других почтовых отправлений – от разных отправителей разным адресатам. В этом смысле транспортный «канал», т.е. почтовый вагон или сумка почтальона, все время оказывается доступен множеству сообщений. За столь эффективное использование канала (ведь ясно, что отправка почтой обходится куда дешевле отправки с нарочным),  конечно же, приходится платить. Расплатой служит необходимость иметь дополнительные службы, узлы почтовой сети, которые сортируют поток почтовых сообщений и определяют, по какому маршруту должен уйти из этого узла каждый пакет. Ясно, что кроме всего прочего, на сортировку уходит дополнительное время, иногда составляющее заметную долю от полной длительности доставки сообщения. Каждый, кто посылал письмо на соседнюю улицу, очень хорошо себе это представляет.

  Телефонная сеть – классический пример структуры с коммутацией каналов. Если вы дозвонились до Владивостока, то в течение всего разговора в вашем распоряжении вся пропускная способность канала, а уж как вы его используете, - ваше дело. Для любого другого пользователя транспортные возможности канала недоступны, даже если вы и ваш собеседник впали в долгое задумчивое молчание.

  Компьютерные  сети предоставляют пользователю удобства живого диалога, который так нравится нам в телефонном разговоре, но при  этом используют сугубо «почтовую» систему  доставки информации (с коммутацией  пакетов). Все дело в том, что в  отличие от обычной почты, компьютерная сеть использует высокоскоростные средства доставки и сортировки пакетов.

  Что такое  IP. Internet  имеет очень простую систему адресов. Каждый входящий в Internet компьютер имеет уникальный адрес - двоичное число длиной 32 бита. Для удобства адрес принято записывать в виде последовательности из четырех обычных десятичных чисел, каждое в диапазоне от 0 до 255, разделенных точками. Такой адрес называется IP- адресом компьютера (сокращение от Internet Protocol). Например, московский узел сети GlasNet имеет IP-адрес 193.124.5.33, а один из компьютеров Гавайского университета скрывается за числами 128.171.7.168.

  Что же происходит, когда вы хотите поработать с каталогом университета на Гавайях, если в России вы являетесь пользователем GlasNet? Каждый запрос или команда, набранная на клавиатуре вашей машины во время сеанса в GlasNet, обрабатывается специальной программой на компьютере этой сети. Если пользоваться аналогией с почтой, то эта программа как бы запечатывает биты вашего послания в конверт, на котором написано: «Куда: 128ю171.7.168. От кого: 193.124.5.33». Далее этот электронный пакет начинает свое скитание по Internet со скоростью света. Компьютер GlasNet отправляет его по какой-то линии связи, которая доставит его хотя бы немного ближе к месту назначения, переправит пакет еще ближе к Гавайям…. При этом по кабелям и спутниковым линиям связи мчатся миллионы пакетов сообщений и никто не выделяет вам персональный канал Москва-Гавайи. Протокол Internet (IP) – как раз и есть свод почтовых правил, которым подчиняется каждый компьютер, ответственный за доставку и сортировку попадающих к нему сообщений.

  Все это  очень похоже на обычную почту. Только здесь, благодаря электронным технологиям, на все многочисленные и достаточно сложные операции сортировки и пересылки  уходят не дни, а тысячные доли секунды. И благодаря этому почти мгновенно  на вашем экране появится вежливое приветствие гавайского компьютера.

  Таким образом, Internet совсем не похож на огромную международную  АТС. Это, скорее, суперсовременная почтовая система, обеспечивающая транспортировку  и сортировку миллиардов электронных  пакетов, несущих биты пользовательских сообщений.

  Что такое  ТСР. Для того чтобы только что описанная система могла действительно быстро обслуживать одновременно много пользователей, размер каждого пакета не должна быть слишком большим. Представьте себе, что, отвечая на запрос пользователя, какой-то компьютер должен выслать ему файл длиной 25 Мбайт. Если линия, которой этот компьютер связан с Internet, достаточно медленная, то при передаче файла пришлось бы ждать, пока канал освободится. Чтобы этого не происходило, существует еще один протокол, ТСР (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей сообщений), который слишком большие сообщения на станции отправлении делит на фрагменты небольшого размера. Каждому фрагменту присваивается свой заголовок, в котором объясняется, частью чего (и какой по счету частью!) данный фрагмент является. И при передаче по линии связи пакеты, содержащие фрагменты различных файлов, чередуются между собой. В результате, по мере роста нагрузки сети, работа каждого пользователя немного замедляется, но никогда кто-то один не может полностью заблокировать сеть.

  Этот процесс  на языке нашей «почтовой» аналогии можно описать так: почта принимает  только обычные конверты, а нам  надо отправить толстенную книгу. Приходится делить её на части (по несколько страниц  в каждой), а далее каждую часть отправлять отдельно. Протокол ТСР, таким образом, эквивалентен еще одному конверту, вложенному в IP конверт. На нем содержится информация о передаваемом сообщении, совершенно не нужная в процессе почтовой доставки, но очень важная для компьютера-адресата. Понятно, что получателю на другом конце нет дела до почтовых ограничений – ему нужна книга, а не груда листов, тем более что в ходе доставки порядок пакетов может нарушиться и начало книги придет позже конца, а что-то вообще затеряться. Протокол ТСР как раз и следит, чтобы этого не случилось. На компьютере-адресате он собирает из отдельных фрагментов файл в его первозданном виде. Более того, в ТСР есть средства, позволяющие проверить, не вкралась ли в данные при пересылке ошибка, а при её обнаружении – исправить эту ошибку.

  Теперь становиться  понятно, почему именно связка ТСР\IP лежит в основе Internet. IP отвечает за доставку отдельных пакетов, а ТСР следит за тем, чтобы отправляемый материал был правильно по эти конвертам упакован, а потом восстановлен в точности в исходном виде. Именно благодаря ТСР сеть с пакетной коммутацией выглядит для нас почти так же, как сеть с коммутацией каналов: мы видим не какие-то пакеты, а поток данных в привычном каждому человеку виде.

  Вероятно, у  многих из вас, ранее уже слышавших  слова «электронная почта», возникнут  какие-то ассоциации. Пожалуйста, не спешите  с выводами! Internet – это гораздо больше электронной почты.  Она-то как раз не предъявляет сверхжестких требований к быстродействию, для письма и десять минут вполне терпимое время доставки. А сотые доли секунды, которые обеспечивает ТСР\IP, необходимы совсем для другого. Internet предоставляет немыслимые ранее возможности прямого доступа, возможность работать с любым компьютером мира прямо с клавиатуры своего маленького персонального компьютера.

  Что же дал  Internet рядовому пользователю, не интересующемуся доступом к ресурсам суперкомпьютерных центров? Прежде всего, Internet открыл немыслимые ранее возможности общения и позволил пользователю самому формировать информационные запросы, используя сотни тысяч компьютерных систем, расположенных по всему миру. Именно это – интерактивность и удивительная гибкость в удовлетворении индивидуальных потребностей – принципиально отличает компьютерные сети от обычных средств массовой информации.

  Сегодняшним школьникам предстоит жить в мире, где возможности общения и  доступа к информации громадны, и  поэтому нельзя обойтись без умения обращаться с практически безграничными  ресурсами, предлагаемыми компьютерными  сетями. Сравнение Internet с океаном информации и услуг – отнюдь не преувеличение, а отправляясь в океанское плавание, совершенно необходимо знать основы навигации.

  Мир компьютерных сетей, как входящих в Internet, так и не являющихся его частью, очень разнообразен. Весьма широк и спектр услуг, предоставляемых пользователю. Каждая компания, работающая на рынке компьютерных коммуникаций, каждая сеть стремится привлечь пользователя чем-то особым и интересным. Поэтому, не перечисляя все возможности, мы выделим лишь основные и наиболее популярные. 

2. Основные виды телекоммуникационных услуг

1. Электронная почта

  Основным  видом сетевых услуг является электронная почта (E-mail). При регистрации в сети каждый пользователь получает там «почтовый ящик». В действительности почтовый ящик есть просто подкаталог на диске узлового компьютера сети, и пользователь приобретает право читать файл в этой области. Для обмена письмами используется особая система адресации. Систем адресации электронной почты очень много, но все чаще используется именно та, которая принята в Internet. Это связано не только с масштабами самой Internet, но и с тем, что многие разрозненные сети связаны между собой по почте не напрямую, а именно через Internet. В этой системе адреса записываются с помощью букв латинского алфавита и цифр, причем формат адреса всегда один и тот же: <username>@<computername>, т.е. слева от знака @ стоит имя пользователя, под которым он зарегистрирован в данной системе, а справа от @ - «имя» того компьютера, на котором находится «почтовый ящик», например: [email protected]

       [email protected].

  Имя компьютера состоит из нескольких слов или сокращений, разделенных точками. Читать имя  компьютера надо справа налево. Это  выглядит для нас непривычно, но те, кто переписывался с  друзьями или коллегами из США, вспомнят последовательность написания адреса на Западе: сначала  имя адресата, потом улица, потом  город, потом штат …, - так и здесь.

  По электронной  почте можно вести частную  переписку (один на один), можно рассылать  копии своего письма другим пользователям  сети, отправлять факсы и телексы, а также работать  с информационными  серверами, запрашивая у них интересующую вас информацию. Кстати, электронное  письмо вовсе не только текст. Электронным  письмом может пересылаться и  двоичный файл, и графика, и звук.

  Электронная почта рассчитана на прочтение конкретным пользователем. А как быть, если нужно  обратиться сразу ко всем или к  большой группе пользователей? Конечно, можно разослать письмо по списку,  - и такой метод в сетях широко используется. Но есть и другой, часто  более удобный подход – разместить послание в некоторой области  сети, которая (в отличие от почтового  ящика) доступна всем пользователям. Чтобы в этой области было легче ориентироваться, она имеет четкую структуру: разбита на отдельные участки, именуемые телеконференциями (teleconference). Конечно, каждый пользователь сам решает, какие конференции ему интересно просматривать, а какие – нет. Конференции принято строить по единой схеме: каждая конференция состоит из тем, а каждая тема содержит последовательно пронумерованные отклики. Вы можете представить себе конференцию как доску объявлений, разделенную на вертикальные колонки с заголовками, причем в каждой колонке – вереница пришпиленных одна под другой записочек.

  Подобные  телеконференции относятся к  так называемым «отсроченным», когда  общение их участников друг с другом происходит с небольшим временным  интервалом. Однако сейчас существует и другая форма общения – конференции  в режиме реального времени (IRC – Internet Relay Chat), дающие пользователям возможность поболтать друг с другом (вводя слова непосредственно с клавиатуры) по одному из тысяч постоянно действующих каналов связи IRC.

2. FTP, Telnet, Gopher, WAIS

  Однако возможности  Internet намного шире, чем простой обмен сообщениями между отдельными людьми. С помощью этой сети вы можете получить доступ к океану информации, циркулирующей на планете: к фактографическим и документальным базам данных по какой-либо тематике или принадлежащим разным организациям, к библиотекам, электронным словарям, художественным ценностям различных галерей и музеев, хранилищам медицинских данных и т.д. и т.п. (все виды информации невозможно ни перечислить, ни классифицировать).

  Ниже кратко перечисляются некоторые возможности  Internet.

  FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) – средства доступа к удаленному компьютеру, позволяющие просматривать его каталоги и файлы, переходить из одного каталога в другой, копировать, удалять и обновлять файлы.

  Telnet – команда и программа, которые используются для удаленного доступа (входа) в другие компьютеры сети и работы с установленными на них программами.

  Gopher (от слова «рыть») – более развитые средства поиска и извлечения архивной информации с помощью многоуровневых меню, справочных книг, индексных ссылок и т.п.

  WAIS (Wide Area Information Servers) – распределенная информационная система, обеспечивающая поиск информации в сетевых базах данных или библиотеках. 

3. «Всемирная  паутина» - WWW

  WWW (World Wide Web – Всемирная паутина) – интерактивная гипертекстовая информационно-поисковая система в Internet. Блоки данных  WWW («страницы») размещаются на отдельных компьютерах, называемых WWW-серверами (или Web-серверами) и принадлежащих отдельным организациям или частным лицам. С помощью гипертекстовых ссылок вы можете путешествовать по различным WWW-серверам всего мира. В основе системы WWW лежит протокол гипертекстовых сообщений НТТР (Hypertext Transfer Protocol), а входы в WWW записываются на специальном гипертекстовом языке описания документов HTML (Hypertext Markup Language). В новейшей версии текстового процессора MS Word 97 имеются простые средства просмотра и создания Web-страниц, причем к качеству форматирования (верстки) этих страниц не предъявляется особых требований.

  WWW является наиболее перспективном инструментом «навигации» в Internet. С помощью своего программного обеспечения WWW обеспечивает доступ пользователям практически ко всем перечисленным выше ресурсам (Gopher, WAIS и др.).

  В последнее  время появились средства, позволяющие  подключать WWW-серверы к мощным корпоративным системам с реляционными базами данных, которые мы рассмотрели в главе 10 (сети таких систем пока обозначаются не очень четким термином «intranet»). 

Заключение

  Не за горами массовое использование так называемых «информационных роботов» («knowbot») – новых систем поиска и обработки информации по сети, в основе которых – не только алгоритм прохода по сети и поиска нужной информации, но и элементы экспертной системы, позволяющей проанализировать искомую информацию и даже подготовить конечный результат в форме, подходящей для презентации. Такие системы помогут в подготовке любых документов – от школьного реферата или студенческого диплома до серьёзного аналитического обзора.

  С глобальной сетью Internet тесно связаны широко распространенные ныне понятия киберпространства и виртуальной реальности. Особенность этих понятий в том, что они не поддаются строгому определению в рамках какой-либо науки, - скорее, это художественные образы, а не научные термины.

  Киберпространством  называют всю совокупность систем компьютерных коммуникаций (часть которых перечислена  выше) и потоков информации разной природы, циркулирующих в мировых  сетях.

  Виртуальной реальностью называют создаваемые  на вашем экране с помощью компьютерной технологии образы реальных объектов и процессов разнообразной природы  – людей, музыкальных инструментов, приборов, станков, художественных произведений, витрин и т.п. Разумеется, это не «фотографии» объектов (пусть даже движущиеся, как  в кино), с которыми вы не имеете никакого контакта, а вполне осязаемые предметы. С ними можно работать как с  реальной вещью (например, настраивать  и играть на пианино), проводить исследования и испытания (например, изучать динамику движений человека при исполнении каких-либо упражнений, поведение прибора) и  т.д.

  Итак, система  компьютерных телекоммуникаций – это  не только новая компьютерная технология передачи информации на любые расстояния. Это еще и особый мир, живая  информационная среда, в которой  с помощью средств связи, а  точнее – систем передачи данных, объединяются в единое целое источники, средства обработки и потребители информации. Это мир, в котором все люди, независимо от того, близко или далеко они находятся от центров обработки и хранения информации, имеют равные возможности доступа к ней.

  Телекоммуникации  все активнее начинают вторгаться в  различные сферы человеческой деятельности – в науку, производство, банковское дело, образование и здравоохранение. Все больше людей во всем мире начинают работать с информацией, используя  для этого телекоммуникации.

  Киберпространство и виртуальная реальность, которые  постепенно входят в нашу жизнь, приобщают  нас к информационным ресурсам всего  человечества, расширяют наш кругозор и меняют сам образ жизни.