Сетевые информационные технологии

Информационное взаимодействие (англ. «Information interaction») – это процесс взаимодействия двух и более субъектов, целью и основным содержанием которого является изменение имеющейся информации хотя бы у одного из них.

Любая сеть характеризуется наличием одной или нескольких структур, управляющих ее работой и конечными пользователями (исполнителями, клиентами, заказчиками и т.п.). В информационных сетях управляющие системы называются серверами – это подключенные к сети достаточно мощные вычислительные машины, обладающие определенными ресурсами общего пользования и, как правило, возможностью объединять компьютеры в информационных сетях.

Ныне практически нет такой предметной области, где бы ни применялись сетевые информационные технологии. Сетевые технологии решают проблемы оперативного доступа различных категорий пользователей к информации в независимости от места ее нахождения.

Теоретические исследования и практический опыт позволили не только повсеместно внедрять новые информационные технологии в любые сферы жизнедеятельности общества, но и сформировали и научно обосновали основные принципы создания информационных сетей.

Объекты такой системы называют пунктами или узлами сети, а линии – коммуникациями, соединениями или каналами связи.

Первые коммуникационные компьютерные сети создавались, в первую очередь, для проведения математических вычислений и получили название – «вычислительные сети» – это компьютерные коммуникационные сети, предназначенные для проведения измерений, экспериментов, сложных объединенных математических вычислений и т.п. работ, в том числе в автоматических и автоматизированных системах. Практически одновременно эти сети стали использовать для обмена различного рода данными (сети передачи данных) и информацией. В результате появились как информационно-вычислительные сети, так и информационные сети.

Информационно-вычислительные сети включают вычислительные сети, предназначенные для распределенной обработки данных (совместное использование вычислительных мощностей в любых предметных областях), и информационные сети, предназначенные для совместного использования информационных ресурсов.

С точки зрения организации существует разделение сетей на три вида: реальные, искусственные и одноранговые.
Их называют сетями с выделенным сервером (англ. “Зенит” – “Зенит”, NWA). Вопрос: NetWare и Windows NT. Более сложной и одновременно распространенной считается технология сети «клиент/сервер», когда любой компьютер сети в определенных ситуациях может быть попеременно как сервером, так и клиентом.

. Компьютеры в этих сетях связываются между собой через последовательные или параллельные порты без специальных сетевых адаптеров. Иногда такая связь называется ноль-модемной или ноль-слотовой, так как ни в один из слотов компьютера не включена сетевая плата (адаптер).

Одноранговые сети организуются по принципу «равный среди равных» (англ. «peer-to-peer network»), т.е. без выделенного сервера и относятся к промежуточному типу между реальными и искусственными. В них любой компьютер попеременно может выступать в роли сервера или рабочей станции (РС)–«клиента».

Используется и понятие «виртуальные частные сети» (англ. «Virtual Personal Network», VPN), первоначально означавшее организацию работы (рабочие места) некоторых сотрудников организации на дому. При создании таких сетей в соответствующие здания заводят один кабель, и пользователи получают возможность передачи данных, выхода в Интернет, телевидение и телефонную связь, другие информационные услуги.

Сети различаются назначением, конфигурацией, характеристиками применяемого оборудования и программ. Они бывают универсальные и специализированные; однородные (гомогенные), т.е. состоящие из программно совместимых ЭВМ, и неоднородные (гетерогенные), включающие различное программное обеспечение и разнотипные компьютеры.

В зависимости от принятого способа управления сети делятся на: централизованные, децентрализованные и смешанные.

По отношению к собственности различают частные сети и сети общего пользования.

В типизации сетей по области использования (распространения) выделяют локальные, региональные (территориальные) и глобальные сети.

С точки зрения количества используемых ЭВМ сети можно разделить на малые (до 10 ПК), средние (до 30 ПК) и большие (более 30 ПК).

По методам передачи данных существуют сети с:
1) передачей данных по выделенным каналам связи;
2) коммутацией каналов;
3) коммутацией сообщений;
4) коммутацией пакетов сообщений.

Беспроводные сети

С точки зрения установления соединения беспроводные сети характеризуются двумя вариантами:
1) установление прямого соединения на все время сеанса связи, независимо от реальной загрузки канала (аналогично коммутации каналов в кабельных сетях);
2) соединение устанавливается только на время реальной передачи (аналогично системам с коммутацией пакетов). При этом емкость каналов используется значительно эффективнее.

Три фактора влияют на распространение радиосетей: 1) мобильность, 2) удаленность, 3) срочность.

Одним из способов обмена данными в беспроводных системах на радиочастоте около 2,4 ГГц и расстоянии до 100 м является Bluetooth.
Bluetooth – это технология беспроводного обмена данными между различными устройствами (мобильный телефон, ПК, принтер, цифровые аппараты, кондиционеры и др. бытовые электроприборы). В ней используются высокочастотный диапазон волн 2,4–2,48 ГГц, скорость передачи доходит до 720 Кбит/с, энергопотребление устройств – до 10 мВт, а расстояние устойчивой связи – до 100 м. Данная технология обеспечивает надежную (в том числе зашифрованную) и экономичную радиосвязь между различными цифровыми устройствами.

Структура построения сетей (топология), в первую очередь, определяется способом соединения компьютеров между собой. это описание способа физического соединения серверов и РС в сеть. В общем случае различают базовые топологии: «шинное» (параллельное подключение компьютеров к одной линии связи), звездообразное (радиальное, т.е. когда все компьютеры – РС соединяются с одним компьютером – сервером), кольцевое и вспомогательные (смешанные или комбинированные) топологии соединения компьютеров в сеть, например, логическая кольцевая сеть, которая физически монтируется как соединение звездных топологий. К комбинированным относится не только одновременное использование названных выше способов соединения компьютеров, но и иерархическое, а также многосвязное (в этом случае каждый компьютер соединяется со всеми остальными в сети) их соединение.

Протокол сети (англ. «Network Protocol») – это стандарт на взаимодействие одноименных уровней и процессов взаимодействия между собой; документ, определяющий правила и процедуру совместного взаимодействия систем и ЭВМ.

В Интернете данные пересылаются в пакетах с помощью протокола IP.
IP-протокол (англ. «Internet Protocol») является межсетевым протоколом. Он обеспечивает доставку сетевых пакетов с информацией и межмашинные коммуникации. Протокол управляет адресацией пакетов, направляя их по разным маршрутам между узлами сети, и позволяет объединять различные сети.

Правила работы с пакетами данных называются протоколом TCP.
TCP-протокол (англ. «Transmission Control Protocol») служит для организации надёжной полнодуплексной связи между конечными пунктами (узлами) обмена информацией в Интернете. Он преобразует сообщения в поток пакетов на передающей стороне и собирает полученные пакеты в сообщения на приемной стороне.
Протокол TCP основан на протоколе IP, поэтому их обычно обозначают вместе и называют стеком TCP/IP. Эти межсетевые протоколы управляют передачей данных в сети.

В Интернете используется стандарт OSI (англ. «Open Systems Interconnection»), обеспечивающий взаимосвязь открытых систем для европейских информационных сетей. На его основе ISO разработала эталонную модель со стеком протоколов ISO/OSI.

Для приема и отправки сообщений в Интернете используются специальные протоколы POP3 и SMTP. Протокол POP3 (англ. «Post Office Protocol», версия 3) позволяет компьютеру пользователя загружать поступающую почту через телефонную сеть, а протокол SMTP (англ. «Simple Mail Transport Protocol») используется для отправки почты с компьютера пользователя.

Протокол POP3 предусматривает обращение почтового пользователя сети к почтовому серверу с предложением забрать пришедшие письма, сообщает серверу имя ящика и пароля, загружает сообщения клиенту и удаляет их из почтового ящика.

С помощью SMTP происходит накопление отправляемых писем и обеспечение их получения адресатом. Протокол SMTP использует транспортный протокол TCP, совместно с которым может использоваться и UUCP. Он не зависит от транспортной среды и может использоваться для доставки почты в сетях с протоколами, отличными от TCP/IP и Х.25.

Корпоративные сети

Корпоративные сети (сети масштаба предприятия; англ. «enterprise-wide networks») связывают между собой ЛВС, охватывающие территорию, как правило, представляющую одно или несколько близко расположенных зданий, входящих в состав этой корпорации (предприятия). В зависимости от масштаба и охватываемых территорий, они являются разновидностью территориальных и региональных сетей.
Корпоративные сети образуют сложные информационные системы (инфосистемы) с распределенной информационной архитектурой.

Распределенные сети бывают проводными и беспроводными.
Распределенные сети беспроводной широкополосной связи называют сетями широкополосного доступа (англ. «Broadband Wireless Access», BWA).

Для корпоративных сетей (как и сетей общего пользования) создается архитектура сетей связи нового поколения (англ. «Next Generation Networks», NGN), в основе которой лежит требуемая и предоставляемая пользователю системы функциональность. Благодаря этому, корпоративная сеть связи (КСС) представляет собой среду, обеспечивающую пользователям на качественно новом уровне широкий спектр услуг. В единой мультисервисной транспортной сети формируется единое информационное пространство корпорации. Специалисты отмечают, что на основе КСС возможно создание комплексных систем поддержки эксплуатационных процессов, интеллектуальных систем поддержки принятия решений (СППР), мультиагентных и иных систем.
Система управления КСС строится на основе использования объектно-ориентированной распределенной структуры.

Нейронные сети – это обобщенное название групп алгоритмов, умеющих обучаться на примерах, извлекая скрытые закономерности из потока данных.

При этом алгоритмы обучения не требуют предварительных знаний о существующих в предметной области взаимосвязях. Необходимо подобрать достаточное число примеров, описывающих поведение моделируемой системы в прошлом.
Компьютерные технологии, получившие название нейросетевых, работают по аналогии с принципами строения и функционирования нейронов головного мозга человека и позволяют решать чрезвычайно широкий круг задач: распознавание человеческой речи и абстрактных образов, классификацию состояний сложных систем, управление технологическими процессами и финансовыми потоками, решение аналитических, исследовательских, прогнозных задач, связанных с обширными информационными потоками. Являясь мощным технологическим инструментом, нейросетевые технологии облегчают принятие важных и неочевидных решений в условиях неопределенности, дефицита времени и ограниченных информационных ресурсов.
Гибкость и мощность нейронных сетей открывает перед неограниченные возможности применения, особенно в качестве аналитических инструментов в плохо формализуемых и многокритериальных областях (например, для анализа финансовой и банковской деятельности).

Другим сервисом Интернета было создание режима удаленного терминала. Сервис «telnet» позволяет войти в терминальный сеанс работы с удаленным компьютером. После ввода имени и пароля пользователь оказываетесь в режиме терминальной работы с удаленной машиной.
Используемый при этом протокол Telnet предназначен для осуществления эмуляции удаленных машин, т.е. организации сеансов работы на них.
Это один из наиболее простых способов переноса локальных информационных систем в технологию Интернета, т.к. он не требует переделки баз данных и программного обеспечения, которое используется при доступе. Его использование позволяет отказаться от копирования системы на каждый из компьютеров пользователей и обеспечить централизованное управление информационным ресурсом. Он продолжает оставаться важным способом первичной организации доступа к локальным информационным системам через сеть.

FTP – это протокол передачи файлов прикладного уровня, определяющий правила передачи файлов с одного компьютера на другой.

Мультиагентные системы относятся к новому классу интеллектуальных систем. В них определяющим являются не функциональные возможности индивидуального агента, выполняющего поручения клиента в распределенной компьютерной среде, а качественно новые свойства сообщества целенаправленно действующих агентов.

Другой вариант решения данных проблем заключается в использовании GRID, представляющей набор стандартизированных служб, обеспечивающих надёжный, совместимый, дешевый и повсеместный доступ к информационным и вычислительным ресурсам, подразумевающей интеграцию на основе управляющего и оптимизирующего ПО (middleware) нового поколения. GRID не только концепция, но и работающие технологии, применяемые прежде всего для решения потоков/наборов однотипных задач. Она реализуется, в том числе, на основе метакомпьютинга – научной дисциплины по организации массовых и сложно-структурированных вычислительных процессов. Некоторые технологии GRID предполагается использовать в корпоративных системах.

К сетям нового поколения относят и нейронные сети.

Топология – это описание способа физического соединения серверов и РС в сеть. В общем случае различают базовые топологии: «шинное» (параллельное подключение компьютеров к одной линии связи), звездообразное (радиальное, т.е. когда все компьютеры – РС соединяются с одним компьютером – сервером), кольцевое и вспомогательные (смешанные или комбинированные) топологии соединения компьютеров в сеть, например, логическая кольцевая сеть, которая физически монтируется как соединение звездных топологий. К комбинированным относится не только одновременное использование названных выше способов соединения компьютеров, но и иерархическое, а также многосвязное (в этом случае каждый компьютер соединяется со всеми остальными в сети) их соединение.