Компьютерные сетевые технологии АРМ читателя

Материалы к лекции
по дисциплине  «Информатика и математика»
  Компьютерные сетевые технологии. АРМ специалиста.
Вопросы:
1. Понятие информационно - вычислительной сети.
Классификация сетей. Локальные вычислительные сети.
2. Глобальная компьютерная сеть INTERNET
3. Автоматизированные рабочие места.
Литература.
1. Веретенникова Е.Г., Патрушина С.М., Савельева Н.Г. Информатика: Учебное пособие. Серия «Учебный курс», - Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2002. – 416 с.
2. Гуде С.В., Ревин С.Б. Информационные системы. Учебное пособие.  РЮИ МВД России. 2002.
3. Информатика и математика для юристов: Учебное пособие для вузов (Гриф МО РФ) / Под ред.проф. Х.А.Андриашина, проф. С.Я.Казанцева – М.:Юнити-Дана, 2002.- 463 с.
4. Информатика и вычислительная техника в деятельности органов внутренних дел. Учебное пособие под ред. проф. Минаева. М.: УМЦ при ГУК МВД РФ, 1995. – 48 с.
5. Информатика и математика для юристов: Учебное пособие для вузов (Гриф МО РФ) / Под ред.проф. Х.А.Андриашина, проф. С.Я.Казанцева – М.:Юнити-Дана, 2002.- 463 с.
6. Информатика и математика: Учебник / Под ред. Д.В. Захарова
7. Информатика: Учебник (Гриф МО РФ) / Каймин В.А.,2-е изд. перераб. И доп.- М: Инфра-М., 2002.- 272 с.
8. Информатика: Учебник (Гриф МО РФ) / Под ред. Н.В.Макаровой, 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2001.- 768 с.
9. Информатика: Учебник для вузов (Гриф МО РФ) / Острейковский В.А., М: Высшая школа, 2001.- 511 с.
10. Информатика: Учебник для вузов / Козырев А.А.- СПб: издательство Михайлова В.А., 2002.- 511 с.
11. Математика и информатика / Турецкий В.Я. – 3-е изд., испр. И доп. – М.: Инфра-М, 2000.- 560 с.
12. О.Э. Згадзай, С.Я.Казанцев, А.В.Филиппов. Информатика и математика. Учебник. – М.: ИМЦЙ ГУК МВД Росси, 2002. – 348 с.
13. Основы информатики и математики для юристов. В 2-х томах: краткий курс в таблицах, схемах и примерах. Учебник / Богатов Д.Ф., Богатов Ф.Г.- М.: Приор, 2000.- 144 с., 166 с.
14. Фундаментальные основы информатики: социальная информатика.: Учебное пособие для вузов / Колин К.К. – М.: Академ.проект: Деловая книга Екатеринбург, 2000.- 350 с.
 
1. Понятие информационно - вычислительной сети. Классификация сетей. Локальные вычислительные сети.
 Информационно-вычислительная сеть (ИВС) – два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией.
 Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.
 Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности:
 Объединение ресурсов – возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;
 Разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;
 Разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;
 Разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;
 Разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;
 Многопользовательский режим.
 Вычислительные сети классифицируют по различным признакам:
 а) по территории
 Локальные вычислительные сети (ЛВС) охватывают небольшие территории диаметром до 5-10 км внутри отдельных контор (офисов), бирж, банков, учреждений, ВУЗов, научно-исследовательских организаций и т.п. При помощи общего канала связи ЛВС может объединять от десятков до сотен абонентских узлов, включающих персональные компьютеры, внешние запоминающие устройства, дисплеи и др.
 Региональные и глобальные ИВС образуются путем объединения локальных ИВС на отдельных территориях или по всей планете. Наиболее крупной глобальной компьютерной сетью является сеть INTERNET.
 б) по способу управления
 Сети с централизованным управлением, в которых выделяется одна или несколько машин, управляющих процессом обмена данных по сети. Эти машины называются серверами. Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам сервера и совместно используемым принтерам, однако с рабочей станции нельзя работать с дисками других рабочих станций и для обмена данными пользователи вынуждены использовать диски сервера.
 Децентрализованные (одноранговые) сети не содержат в своем составе выделенных серверов. Функции управления сетью передаются по очереди от одной рабочей станции к другой. Как правило, рабочие станции имеют доступ к дискам и принтерам других рабочих станций.
 в) по характеру выполняемых функций:
- вычислительные;
- информационные.
 г) по составу вычислительных средств:
- однородные – объединяют однородные вычислительные средства;
- неоднородные – объединяют различные вычислительные средства.
 д) по типу организации передачи данных:
- коммутация каналов;
- коммутация сообщений;
- коммутация пакетов.
Соединение компьютера через телефонную линию осуществляется с помощью модема. Телефонная линия предназначена для передачи только аналоговых звуковых сигналов. Чтобы передать по ней цифровые импульсы, их нужно промодулировать, то есть преобразовать в колебания звуковой частоты.
Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных. Понятие ЛВС относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.
ЛВС предоставляет возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, подключенными к сети. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.
Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале, при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть почти таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из другого места сети. Это требует передачи данных со скоростью 10 Мбит/с и выше.  Реально достигаются следующие скорости:
• Коаксиальный кабель – 10  50 Мбод;
• Витая пара – до 10 Мбод;
• Специальная витая пара 5 категории – до 100 Мбод;
• Оптическое волокно — до 1Гбод;
• Телефонная линия — от 2400 бод до 56 кбод;
• Спутник 10000 компьютеров одновременно и скорость около 1 Мбод.
 Основные компоненты, из которых строится сеть:
 передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;
 рабочие станции – ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако, в этом случае необходим сетевой адаптер – специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;
 платы интерфейса – сетевые платы для организации взаимодействия рабочих станций с сетью;
 серверы – отдельные компьютеры с программным обеспечением, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;
 сетевое программное обеспечение.
 Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет самые важные свойства сети, такие, например, как надежность и производительность.
 Звездообразная топология.
 Топология сети в виде звезды с активным центром унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
 Кабельное соединение топологии относительно простое, постольку поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
 Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с другими топологиями.
   
 Рис 1. Топология в виде звезды
 Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.
 Кольцевая топология.
 В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, т.е. коммуникационная связь замыкается в кольцо.
 Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.
 Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.
 
 Рис. 2. Кольцевая топология
 Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко.
 Шинная топология
 В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина) – общая для всех рабочих станций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, т.е. рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.
 
 Рис. 3. Шинная топология
 Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем (T-коннектором), поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку вместо T-коннекторов пассивных штепсельных коробок.
 Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и, соответственно, прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.
 Древовидная топология.
 Образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).
 Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют устройства, называемые концентраторами.
 Существует две разновидности таких устройств. Устройства, к которым можно подключить максимум три станции, называют пассивными концентраторами. Для подключения большего количества устройств необходимы активные концентраторы с возможностью усиления сигнала.
 Типы построения ЛВС по методам передачи информации.
 Сеть Token Ring
 Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяются неэкранированная или экранированная витая пара или оптоволокно. Скорость передачи данных от 4 Мбит/с до 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом рабочих станций к передающей среде используется маркерное кольцо (Тоken Ring). При подключении устройств применяют кольцевую топологию.
 Локальная сеть Arknet.
1. Arknet (Attached Resource Computer NETWork) – простая, недорогая, надежная и гибкая архитектура ЛВС. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных составляет 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (Тоken Bus).
Локальная сеть Ethernet
Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet разработан стандарт IEEE 802.3. При подключении устройств в применяют топологии шина.
2. Глобальная компьютерная сеть INTERNET.
 Это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца 20 столетия. Сеть позволяет решить следующие проблемы:
• практически неограниченные возможности передачи и распространения информации;
• удаленный доступ к огромным массивам накопленных информационных ресурсов;
• общение между пользователями компьютерных сетей в различных странах мира.
 INTERNET представляет собой всемирное объединение взаимосвязанных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семейства TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить об INTERNET как о единой глобальной “метасети”, или “сети сетей”. При работе на компьютере, имеющем подключение к INTERNET, можно установит связь с любым другим подключенным к Сети компьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса INTERNET (WWW, FTP, E-mail и др.).
 Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети INTERNET благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера - организации, сеть которой имеет постоянное подключение к INTERNET и представляет услуги другим организациям и отдельным пользователям. Региональный сервис-провайдер, работающий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, к более крупному сервис-провайдеру – сети национального масштаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в нескольких странах. Национальные сети получают доступ в глобальный INTERNET благодаря подключению к международным сервис-провайдерам – сетям входящим в мировую магистральную инфраструктуру INTERNET. Кроме того, региональные и национальные сервис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.
 Службы Internet Удаленный доступ (telnet) Удаленный доступ – работа на удаленном компьютере в режиме, когда компьютер пользователя эмулирует терминал удаленного компьютера, т.е. на своем рабочем месте можно делать то же, что и с обычного терминала удаленной машины. Находясь, например, в России, можно работать на суперкомпьютере в США так, как если бы он стоял рядом.  Начать сеанс удаленного доступа можно, подав соответствующую команду и указав имя машины, с которой хотят работать. Сеанс обеспечивается совместной работой программного обеспечения удаленного компьютера и компьютера пользователя. Они устанавливают TCP-связь и общаются через TCP и UDP пакеты.  Для пользования службой telnet необходимо иметь доступ в Internet класса не ниже dial-up. Электронная почта (E-mail) Одна из самых популярных на сегодняшний день Internet-служб. По разным оценкам в мире насчитывается более 50 миллионов пользователей электронной почты. В то же время, мировой трафик электронной почты занимает только около 5% всего сетевого. E-mail (Electronic mail) – электронный аналог обычной почты. С ее помощью можно посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, автоматически отвечать на письма корреспондентов, используя их адреса, рассылать копии писем нескольким получателям, переправлять полученное письмо по другому адресу, включать в письма файлы разных типов, вести подобие дискуссий с группой корреспондентов и т.д. Можете посылать почту через шлюза в сопредельные сети. E-mail дает возможность проводить телеконференции и дискуссии. Для этого используется специальное программное обеспечение – рефлекторы почты, установленное на некоторых узловых машинах сети. Рефлектор почты по получении электронных писем рассылает их копии всем подписчикам.  Доски объявлений (USENET news) Эта служба дает возможность читать и посылать сообщения в открытые дискуссионные группы. По сути она представляет собой сетевой вариант досок объявлений (BBS: Bulletin Board System), изначально работавших на машинах с модемным доступом. Сообщения адресуются широкой публике, а не конкретному адресату и могут иметь совершенно разный характер. Узлы сети, занимающиеся обслуживанием системы новостей, по получении пакета новостей рассылают его своим соседям, так что получается широковещание, обеспечивающее быструю рассылку новостей по всей сети.  После установки клиентской программы службы Usenet на компьютере пользователя создается список дискуссионных групп, в которых он хочет участвовать и чьи бюллетени новостей он будет получать постоянно. Поиск данных и программ (Archie) Эта служба регулярно собирает с анонимных ftp-серверов информацию о содержащихся там файлах. Она позволяет производить поиск по названиям файлов и директорий и по описательным файлам, а именно по словам, там содержащимся. Искать можно по имени, по шаблону, по смысловым словам, которые могут содержаться в описании файла или программы. Доступ к Archie осуществляется через особые Archie-серверы, Использование службы Archie требует наличие Internet-доступа класса dial-up. Help также доступен по электронной почте.  Служба Gopher Служба Gopher интегрирует практически все возможности Internet. Она позволяет в удобной форме пользоваться всеми услугами, предоставляемыми сетью. Организована оболочка в виде множества вложенных на разную глубину меню, так что остается только выбрать нужный пункт и нажать ввод. В такой форме имеется доступ к сеансам telnet, ftp, и E-mail и т.д. Gopher-серверы получили широкое распространение. Их трафик составляет около 2% от общего трафика в сети. С одного сервера можно войти в другие. Всемирная паутина World Wide Web (WWW) Гипертекст представляет из себя текст со вставленными в него командами разметки, организующим ссылки на связанные места данного текста, других документов, рисунки, файлы и т.д. При просмотре гипертекста в программе- броузере, которая обрабатывает ссылки и выполняет соответствующие действия, в тексте видны выделенные подсветкой слова. Если навести на них курсор и нажать на клавишу ввода или на кнопку  мыши, то высветится содержимое ссылки. В WWW по ссылкам можно попасть в текст другого документа, выполнить какое-нибудь действие или программу и т.д. Cсылаться можно на данные на других машинах в любом месте сети, тогда при активации этой ссылки эти данные автоматически передадутся на исходную машину и вы увидите на экране текст, данные, картинку, а если провести в жизнь идею мультимедиа, то и звук услышите, музыку, речь. В рамках службы WWW можно получать доступ ко всем другим службам: telnet, E-mail, ftp, Gopher, Archie, USENET и т.п. По возможностям WWW напоминает Gopher, однако это принципиально другая служба. В Gopher имеется жесткая структура меню. В WWW документ, может иметь гипертекстовую структуру любой степени сложности. Пользователь может сам организовать структуры типа меню в гипертексте. Имея редактор гипертекстов, который поддерживает язык HTML, можно создать любую структуру рабочей среды, включая документацию, файлы, данные, рисунки, программное обеспечение и т.д. Создание гипертекстовых редакторов с дружественным интерфейсом является одной из основных проблем WWW.
3.  Автоматизированные рабочие места.
Под автоматизированным рабочим местом (АРМ) понимается совокупность методических, языковых, аппаратных и программных средств, обеспечивающих автоматизацию функций пользователя в некоторой предметной области и позволяющих оперативно удовлетворять его информационные и вычислительные запросы.
Классификация АРМ управленческих работников.
Индивидуальные рабочие места характерны для руководителей различных рангов. Групповые рабочие места характерны для лиц, готовящих информацию с целью ее дальнейшего использования и принятия управленческих решений руководителя (рабочие места финансистов, бухгалтеров, делопроизводителей и др.). На ручном немеханизированном рабочем месте в распоряжении работников имеется стол, специальная мебель, телефон, линейки, таблицы и другие подсобные средства. Механизированное рабочее место характеризуется включением в выполняемый на нем процесс простейших и программируемых калькуляторов. Компьютеризированное рабочее место предполагает непременное использование персонального компьютера с развитым обеспечением. Создание автоматизированных рабочих мест предполагает, что основные операции по накоплению, хранению и переработке информации возлагаются на вычислительную технику, а специалист выполняет определенную часть ручных операций и операций, требующих творческого подхода при подготовке управленческих решений.
АРМ обеспечивают следующие преимущества:
 возможность расширения сферы их применения за счет простоты изменения состава прикладных программных средств;
 простоту, удобство и «дружественность» по отношению к пользователю;
 простоту адаптации к конкретным функциям пользователя;
 компактность размещения и невысокие требования к условиям эксплуатации;
 высокую надежность и живучесть, сравнительно простую организацию технического обслуживания;
 возможность поэтапного внедрения и другие.
Требования, предъявляемые к различным видам автоматизированных рабочих мест, определяется уровнем решений, принимаемых работником данного автоматизированного рабочего места.
Обеспечение автоматизированных рабочих мест
 Функционирование автоматизированного рабочего места требует разработки всех видов обеспечения: информационного, математического, программного, лингвистического, технологического, организационного, эргономического и правового.
Информационное обеспечение предусматривает организацию информационной базы, регламентирует информационные связи и предопределяет состав и содержание всей системы информации. Первоочередной задачей при этом является организация внутри машинной информационной базы: выбор необходимого состава показателей, способами организации, методов группировки и выборки необходимых данных, определение видов необходимых носителей, организацию активной и пассивной информации, организацию справочной и комплектующей информации, разработку макетов для упрощения ввода информации и выбора необходимых функций.
Математическое обеспечение представляет собой совокупность алгоритмов, обеспечивающих ввод, контроль, хранения и корректировку информации; формирование результативной информации и оформление её в виде таблиц, графиков, диаграмм ; Обеспечение достоверности информации. Наиболее целесообразно организовывать математическое обеспечение по модульному принципу, выделяя типовые и стандартные многократно повторяющиеся процедуры. Математическое обеспечение служит для разработки комплекса программных средств, в связи с чем его качество должно быть высоким и оно должно согласовываться с потенциальным пользователем автоматизированного рабочего места.
 Программное обеспечение подразделяется на общие и специализированное. Основные элементы общего программного обеспечения обычно поставляются вместе с персональной ЭВМ. К ним относятся: операционные системы и оболочки, программные средства введения баз данных, программные средства организации диалога, а также программы, расширяющие возможности операционной системы. Специальное программное обеспечение состоит из уникальных программ и функциональных пакетов прикладных программ. Именно от специального программного обеспечения зависит вид, содержание и конкретная специализация рабочего места. Учитывая, что специальное программное обеспечение  в конкретном счёте, определяет область применения автоматизированных рабочих мест  и состав решаемых пользователем задач, оно должно создаваться на основе  инструментальных программных средств диалоговых систем, ориентированных на решение конкретного класса задач со схожими  функционально-техническими особенностями обработки информации.
 Лингвистическое обеспечение включает языки общения с пользователем – язык запросов, информационно-поисковые языки, языки-посредники в сетях. Языковые средства можно разделить по видам диалога. Средства поддержки диалога определяют те языковые конструкции, заранее которые необходимы пользователю. В одном автоматизированном рабочем месте может быть реализовано несколько типов диалога.
 Технологическое обеспечение представляет собой конкретную чётко установленную совокупность проектных решений, определяющих последовательность операций, процедур и этапов обработки в соответствующей сфере деятельности пользователя.
 Организационное обеспечение  включает комплекс документов, регламентирующих деятельность специалистов при использовании ПВМ или терминала на их рабочем месте.
 Методическое обеспечение состоит из методических указаний, рекомендаций и положений по внедрению, эксплуатации и оценки эффективности функционирования автоматизированных рабочих мест. Оно включает в себя также организованную машинным способом справочную информацию об автоматизированном рабочем месте в целом и в отдельных его функциях., средства обучения работе, демонстрационные и рекламные примеры.
Эргономическое обеспечение представляет собой комплекс мероприятий, выполнение которых должно создавать максимально комфортные условия для использования рабочего места специалистами, для быстрейшего освоения технологии работы и обеспечения качественной работы.
4. Правовое обеспечение включает систему нормативно-правовых документов, которые должны четко определять права и обязанности специалистов в условиях функционирования рабочего места.