Методичка. Учебное пособие В. М. Лопатин издание второе, стереотипное 1 17
 Скачать 4.33 Mb.
|
|
/время – для хранения календарных дат и текущего времени. Денежный – для хранения данных о денежных суммах. Счетчик – для натуральных чисел с автоматическим наращиванием, напри- мер для организации порядковой нумерации. Логический – для хранения логических данных (Да или Нет). Гиперссылка– специальное поле для хранения адресов Web-страниц. Мастерподстановок– тип данных, которые вводятся из раскрывающегося списка. Тип данных не ограничивается приведенным списком и может быть значи- тельно расширен. Базу данных, содержащую большое количество полей и записей, чаще всего представляют в виде нескольких таблиц, которые называют связанными табли- цами, а саму базу данных при этом именуют реляционной базой данных. Название «реляционная» подчеркивает наличие определенных отношений между полями связанных таблиц. Связанные таблицы состоят, как правило, из одной базовой и нескольких под- чиненных таблиц или нескольких таблиц, между которыми обозначены связи. Базовая таблица и подчиненные таблицы связаны потому, что они хранятся в од- ной базе данных. Графическая связь между таблицами отражается с помощью схемы данных. Пример схемы данных представлен в табл. 45. Программная связь между таблицами осуществляется с помощью полей с одинаковыми типами данных. Каждая из таблиц – базовая и подчиненная – имеют в своем составе уникальное поле или поле, значения в котором не могут повторяться. Таблица 45 Схема данных в связанных таблицах Ключевым полем,илипервичным ключом, называется уникальное поле базовой таблицы. В ключевом поле записи не могут повторяться.Любому значению первичного ключа соответствует единственная запись в таблице. Внешним ключом называется ключевое поле в подчиненной таблице. Внешний ключ однозначно связан с первичным ключом, поскольку это столбец ∞ ∞ 1 1 Клиенты Код клиента Название Должность Адрес Город Заказы Код заказа Код клиента Код сотрудника Дата Доставка Сотрудники Код сотрудника Фамилия Имя Должность Телефон 17 / 17 118 таблицы, значения которого полностью соответствуют значениям первичного ключа другой таблицы. Наличие ключевых полей позволяет осуществлять кор- ректный переход от одной таблицы к другой. Из приведенных определений свя- занных таблиц и ключей следует несколько правил работы с реляционной базой данных. 1. В подчиненную таблицу нельзя добавить запись с несуществующим в ба- зовой таблице ключом. 2. В базовой таблице нельзя удалить запись, если не удалены соответствую- щие записи в подчиненной таблице. 3. Изменения ключа базовой таблицы должны сопровождаться изменениями соответствующих записей подчиненной таблицы. Системы управления базами данных Программные средства, с помощью которых создаются, наполняются и ис- пользуются базы данных, называются системами управления базами данных (СУБД).Одной из самых распространенных СУБД является программа Access, которая поддерживает все средства и возможности по обработке данных в рам- ках реляционной модели. Access входит в состав программного пакета Microsoft Office и позволяет через буфер обмена поддерживать динамический обмен дан- ными из других программ пакета, такими как Word или Excel. Программа Access дает возможность выполнять различные операции со свя- занными таблицами, в том числе создание таблиц и установление связи между ними, наполнение таблиц полями, индексирование записей, создание запросов на выборку и др. Созданные таблицы могут быть скопированы, переименованы или удалены. К каждой из таблиц могут применяться операции сортировки или фильтрации данных. Перечисленные и многие другие операции, которые выполняет программа Access, относятся к категории управления упорядоченными записями. Управле- ние заключается в программной обработке отдельных объектов базы данных. В качестве объектов в программе Access могут выступать данные, сгруппирован- ные в таблицы, запросы, формы, отчеты, страницы и др. 1. Таблицы– это основные объекты любой базы данных. Таблица хранит структуру базы и все ее данные. Таблицы создаются пользователями для хране- ния данных. 2. Запросы– объекты для извлечения данных и представления их в удобном виде. С помощью запросов пользователь может делать отбор, сортировку и филь- трацию данных. При запросах извлекаются данные из базовой таблицы и созда- ются новые результирующие или подчиненные таблицы. Пример извлечения данных представлен в табл. 46. 3. Формы– это табличные средства, упрощающие процесс ввода данных в базу. Формы облегчают работу с базой данных и позволяют частично автомати- зировать процесс ввода. 1 / 17 119 Таблица 46 Базовая таблица Комплектующие Микропроцессор Модель Цена Поставщик Подчиненная таблица 1 Подчиненная таблица 2 Цена Поставщики Модель Цена Поставщик Модель 4. Отчеты – это средства вывода данных на печать. Данные выводятся в форме таблицы и могут иметь некоторые оформительские элементы, например колонтитулы. 5. Страницыдоступа данных предназначены для управления доступа к дан- ным, расположенным в базе. Страницы определяют тип данных, которые предо- ставляются конкретному пользователю. Управление перечисленными объектами лежит в основе работы программы Access. Порядок работы с программой подробно описан в учебной литературе, с одной из версий программы можно ознакомиться в [17]. Системы автоматизированного проектирования Система автоматизированного проектирования(САПР) – это организаци- онно-техническая система, которая предназначена для автоматизации процесса проектирования и подготовки производства изделий различной степени сложно- сти. САПР относятся к прикладному программному обеспечению профессио- нального назначения. В отечественной литературе эти системы принято обозна- чать аббревиатурой САПР, в англоязычной – CAD/CAM-системы. В англоязыч- ной аббревиатуре заложено уточненное толкование этого понятия: − CAD – Computer-Aided Design – система автоматизированного проектиро- вания; − CAM – Computer-Aided Manufacturing – система автоматизированного про- изводства. Ни одно конструкторское бюро или промышленное предприятие не обхо- дится без систем автоматизированного проектирования, которые помогают со- здавать товары для повседневной жизни, продукцию машиностроительного про- филя, строительные объекты и многое другое. Программы САПР, предназначенные для графического представления объек- тов, имеют широкие возможности, в том числе: − компьютерное конструирование деталей и изделий; 2 / 17 120 − трехмерное моделирование,позволяющее поворачивать, вращать, до- бавлять цветовые и теневые эффекты; − каркасное моделирование для отражения контуров деталей; − формирование технологии обработки деталей; − проектирование процессов разработки и подготовки изделия к про- изводству. Первая CAD-система появилась в 1960 г. на фирме General Motors (США) под названием «Интерактивная графическая система подготовки производства». Уже в 1971 г. была разработана основа современных САПР. В рамках жизнен- ного цикла изделия САПР занимает стадии проектирования и подготовки произ- водства. Основная цель системы – повышение эффективности труда на стадиях проектирования и производства, в том числе: − сокращение трудоемкости, себестоимости и сроков проектирова- ния; − повышение технико-экономического уровня проектирования; − сокращение затрат на моделирование и испытания. Историческое развитие систем привело к делению рынка программных про- дуктов, связанных с проектированием и автоматизацией производства, на не- сколько сегментов. Сегмент 1 – САПР верхнего уровня (тяжелый). Сложные системы, которые применяются для решения глобальных специфических задач, например для про- кладки нефтепроводов. Сегмент объединяетпрограммы, которые отличаются обширными функциональными возможностями, высокой производительностью и значительной стоимостью. Используются в крупных производствах или от- дельных отраслях. Ценовой диапазон – от 7 до 20 тыс. долл. Сегмент 2 – САПР среднего уровня (средний). Продукты этого сегмента предназначены для поверхностного и твердотельного моделирования. Применя- ются при решении проектных задач в области машиностроения, архитектуры, строительства на отдельных производствах. Аппаратной основой средних си- стем является персональный компьютер, использование которого позволило снизить цену и сохранить при этом основные возможности тяжелых систем. Це- новой диапазон – от 4 до 7 тыс. долл. Сегмент 3 – САПР нижнего уровня (легкий). Системы применяются для вы- пуска конструкторской документации в проектах ограниченной степени сложно- сти, связанных с машиностроением, архитектурой, строительством, геодезией и др. Продукты этого сегмента ориентированыпреимущественнонадвумерное конструирование, отличаются невысокой ценой и имеют самоеширокоераспро- странениесредиразработчиков изделий. Ценовой диапазон – до 4 тыс. долл. Сюда же можно отнести персональные системы – самые простые САПР, вклю- чающие базовые средства черчения и каркасного моделирования. Персональные системы чаще всего используются индивидуальными пользователями, ценовой диапазон этих систем в пределах 1 тыс. долл. 3 / 17 121 Программные продукты систем проектирования можно классифицировать по разным признакам. В классификации по назначению выделяются проектирую- щие и обслуживающие системы: − проектирующие системы предназначены для решения проектных задач; − обслуживающие системы предназначены для поддержания функциони- рования проектирующих систем, в состав обслуживающих систем входят: − системы управления проектными данными; − обучающие системы; − системы графического ввода-вывода; − системы управления базами данных. Классификация по целевому назначению основана на представлении англо- язычных аббревиатур в приложении к направлению деятельности: − CAD (Computer-Aided Design/Drafting) – средства автоматизированного проектирования и создания чертежей; − CAE (Computer-Aided Engineering) – средства автоматизации инженер- ных расчетов и анализа физических процессов; − CAM (Computer-Aided Manufacturing) – средства технологической под- готовки производства (в РФ используется аналогичный термин АСТПП – ав- томатизированная система технологической подготовки производства); − CAPP (Computer-Aided Process Planning) – средства автоматизации плани- рования технологических процессов; − PLM (Рroduct Lifecycle Management) – программное обеспечение для управления жизненным циклом продукции; − MDM (Master Data Management) – совокупность процессов и инструмен- тов для постоянного определения и управления основными данными ком- пании. Если система допускает совмещение различных аспектов проектирования, то она относится к комплексным системам типа CAD/CAM или CAD/CAE. В классификации по отраслевому назначению выделяют следующие си- стемы: − MCAD (Mechanical Computer-Aided Design) – система автоматизирован- ного проектирования механических устройств; − EDA (Electronic Design Automation) – проектирование электронных устройств, интегральных схем, печатных плат; − AECCAD (Architecture, Engineering and Construction Computer-Aided De- sign) – система автоматизированного проектирования в области архитектуры и строительства. Среди производителей систем проектирования в нашей стране к наиболее из- вестным и востребованным относятся фирма Autodesk(США)и фирма Аскон (РФ). Фирма Autodesk выпускает САПР AutoCAD, начало выпуска – 1982 г. Autodesk – крупнейший поставщик САПР для машиностроения и строительства, имеет более 9 млн пользователей по всему миру. Штаб-квартира фирмы нахо- 4 / 17 122 дится в Калифорнии. Фирма имеет 80 учебных центров. Российское представи- тельство фирмы находится в Москве. ПО фирмы Autodesk отличается обширной областью применения и широкими функциональными возможностями. 1. Архитектура и строительство. Системы проектирования позволяют до начала строительства исследовать важные характеристики объекта: стоимость, план-график работ, влияние на окружающую среду. 2. Автомобилестроение. С помощью САПР до начала производства можно подробно изучить стадии дизайна, моделирования, испытания и марке- тинга. 3. Промышленное производство. САПР обеспечивают ускоренный вы- вод на рынок промышленного оборудования и потребительских товаров. 4. Графика и анимация. В этой области предоставляются средства для со- здания фильмов, видеоигр и телепрограмм. 5. Коммунальные предприятия. Системы проектирования обеспечивают решение задач по моделированию инженерных систем зданий. Основным недостатком САПР AutoCAD является привязка к западной техно- логической базе. Особенности отечественной технологической базы ориенти- руют проектировщиков на отечественные программные продукты. Отечествен- ным лидером разработки программного обеспечения в области автоматизиро- ванного проектирования является фирма Аскон, которая представляет на рынок систему автоматизированного проектирования КОМПАС. Отечественная САПР КОМПАС разрабатывается и поставляется с 1989 г. Разработка системы начата в СССР и успешно продолжена в рамках фирмы Аскон. В системе использовано математическое ядро и параметрические техно- логии собственной разработки. Продукты Аскон применяют более 10 000 про- мышленных предприятий и проектных организаций в России и за рубежом, 75 000 инженеров включено в число пользователей системы. Аскон реализует комплексные проекты в машиностроении, приборостроении и радиоэлектро- нике, оборонно-промышленном комплексе, атомной, нефтегазовой, химической промышленности и металлургии, промышленно-гражданском строительстве и других отраслях. Для машиностроения фирма разрабатывает системы проектирования, си- стемы управления жизненным циклом изделия, системы управления норма- тивно-справочной информацией и системы поддержки качества продукции; для строительства – системы проектирования и управления проектными работами. Система КОМПАС включает несколько продуктов. 1. КОМПАС-3D – система трехмерного проектирования с возможностями подготовки электронной модели изделия, здания или сооружения. Охватывает процесс разработки от стадии формирования идеи до подготовки полного ком- плекта документации. 2. КОМПАС-График – автоматизированная система разработки и оформле- ния конструкторской и проектной документации. Позволяет выпускать чертежи изделий и конструкций, планы зданий, схемы, спецификации, различные ведомо- сти и инструкции, расчетно-пояснительные записки, технические условия и др. 5 / 17 123 3. ЛОЦМАН:КБ – автоматизированная система управления проектирова- нием и электронным архивом конструкторской документации. Позволяет орга- низовать коллективную разработку конструкторской документации и поддержи- вать в актуальном состоянии электронный архив технической документации. 4. ЛОЦМАН:PLM – автоматизированная система с функциями хранения дан- ных, управления структурой и конфигурацией изделия, календарного планиро- вания, управления проектами и др. 5. ВЕРТИКАЛЬ – система автоматизированного проектирования технологи- ческих процессов, решающая задачи в области автоматизации технологической подготовки производства. 6. СПРАВОЧНИКИ – комплекс программ, которые обеспечивают пользова- телей доступной информацией о стандартных и типовых изделиях, о конструк- торских материалах и сортаментах и др. Отличительная особенность САПР КОМПАС – наличие подробных библио- тек. Библиотеки – специальные приложения для расширения возможностей си- стемы КОМПАС. Библиотека может содержать, например, функцию построения часто встречающихся геометрических фигур, в частности, резьбовых отверстий. Библиотека стандартных машиностроительных элементов значительно ускоряет процесс проектирования. Система допускает одновременную работу с несколь- кими подключенными библиотеками. При этом библиотеки могут быть пред- ставлены через меню или диалоговое окно. Программные продукты автоматизированного проектирования находятся в процессе постоянного развития, ориентируясь на все более сложные объекты и используя возрастающие возможности аппаратных средств. 6 / 17 124 Компьютерные сети Предшественниками современных компьютерных сетей были сети термина- лов, состоящие из одной вычислительной машины, к которой подключалось не- сколько рабочих мест. Каждое рабочее место содержало монитор и клавиатуру. Передача данных по терминальным сетям ограничивалась, как правило, рамками одного предприятия или учреждения. Для передачи данных на большие рассто- яния использовались переносимые дискеты. Начало работам по созданию современных компьютерных сетей было поло- жено в 1960-х гг., когда возникла потребность в передаче больших объемов дан- ных, а несколько позднее – в подключении к сетевым информационным ресур- сам. В течение последующих десятилетий (1970–1980-е гг.) были разработаны и успешно опробованы основные принципы функционирования программной и аппаратной составляющей компьютерных сетей. Аппаратное и программное обеспечение сетей В основу современной компьютерной сети заложены следующие понятия и определения [18]. Компьютерная сеть–это совокупность соединенных между собой вычис- лительных машин, компьютеров, мобильных и периферийных устройств, обес- печивающих передачу и прием данных с использованием специального комму- никационного оборудования и программного обеспечения. Каждая компьютерная сеть делится на составляющие, которые называются компонентами,или слоями, компьютерной сети: − аппаратнаякомпонента включает все типы компьютеров и вычислитель- ных устройств, входящих в состав сети; − коммуникационноеоборудование складывается из совокупности ка- бельных систем и сетевых компьютеров, участвующих в процессе передачи дан- ных; − сетеваяоперационнаясистема является программной платформой сети, которая управляет процессом передачи и поддерживает функционирование сети; − сетевыеприложения включают программные средства (сетевые базы данных, почтовые системы) и аппаратные средства (сетевой принтер, накопитель данных). В зависимости от способа подключения и способа передачи данных сети бы- вают однорангового и иерархического типа (рис. 32). Одноранговая схемаотличается тем, что каждый пользователь может предоставить другим пользователям сети свои данные и получить доступ к дан- ным другого пользователя. Такие сети основаны на принципе взаимоотношения «равный к равному». Иерархическаясхемаотносится к клиент-серверной сети, в которой поль- зователи или клиенты обмениваются данными через сервер, управляющий про- цессом обмена информацией. Отношения между клиентами в такой сети регули- 7 / 17 125 руются сервером. Каждый сеанс связи начинается с запроса на передачу или прием данных и продолжается после проверки и получения разрешения со сто- роны сервера. Сервер сети – это специальная система управления сетевыми ресурсами об- щего доступа, а также процессом предоставления ресурсов сетевым пользовате- лям. Сервер является комбинацией аппаратного и программного обеспечения. Компьютерную сеть можно представить в виде графа – математической мо- дели, в которой на вершинах или в узлах сети расположены вычислительные средства, соединенные между собой ребрами или средствами связи. На компью- терах, расположенных в узлах сети и называемых хост-машинами, хранятся се- тевые ресурсы, к которым могут обращаться пользователи сети. Рис. 32. Типы компьютерных сетей: а) одноранговая, б) иерархическая. Средства обеспечения связи между узламиназываютсяканалами связи,ка- налысостоят из каналообразующей аппаратуры и среды передачи сигнала. Среда передачи сигнала– физическая среда, в которой происходит рас- пространение электрических, оптических или радиосигналов, используемых для передачи данных между компьютерами. В зависимости от типа используемой среды различают кабельные и беспроводные соединения. К кабельным соединениям, в которых электрический сигнал передается по медному проводу, относятся коаксиальный кабель (медный проводник, окру- женный изолятором и металлическим экраном) и витая пара (несколько пар изо- лированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой). В оптоволоконном кабеле оптический сигнал передается по кварце- вым волоконным световодам, собранным в компактный жгут. В беспроводных соединениях передача сигнала осуществляется с помо- щью радиоволн в воздушной или безвоздушной среде. Поток данных, передаваемых по сети, называется сетевым трафиком.Тра- фик заполненполезными и служебными данными. Полезные данные вырабаты- ваются и передаются пользователем. Служебные данные формируются на основе 8 / 17 126 принятых в сети правил передачи данных. Правила предусматривают деление служебных данных на стандартные уровни, с помощью которых организуется взаимодействие компьютеров в процессе передачи. В состав каналообразующей аппаратуры входят (рис. 33): − сетевой коммутатор – устройство, используемое для передачи данных между отдельными пользователями или сегментами сети; коммутатор функцио- нирует как повторитель, который получает сообщение, определяет адрес полу- чателя и отправляет сообщение по назначению; − сетевойконцентратор,илихаб (от англ. hub – центр), – устройство для усиления сигналов в процессе передачи; используется при объединении компь- ютеров в сеть локального типа для увеличения числа компьютеров в сети и рас- стояния между компьютерами и сервером; − маршрутизатор – специализированный сетевой компьютер, который определяет маршрут следования сообщения на основе встроенного протокола маршрутизации, используется для пересылки данных между различными сег- ментами сети. Рис. 33. Состав каналообразующей аппаратуры Пропускная способностьсети определяется количеством данных, прохо- дящих через линию связи за единицу времени, за единицу измерения пропускной способности принимается бит/сек, Кбит/сек и т. д. Программа-сервер – специальная программа, предназначенная для обслу- живания запросов на доступ к ресурсам данного компьютера. Программа-клиент – специальная программа, предназначенная для форми- рования и отправки запросов на доступ к удаленным ресурсам, а также получе- ния и отображения полученных данных на компьютере пользователя. Сетевая служба – пара программных модулей «клиент-сервер», обеспечи- вающая совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов, например к службам e-mail или www. 9 / 17 127 Порядок передачи данных в сетях В основу функционирования компьютерной сети заложен принциппакетной коммутации,который первоначально был разработан для передачи сообщений между внутренними сетями, а впоследствии был использован в качестве техни- ческой основы глобальной сети Интернет. Пакетная коммутация–это способ передачи данных с разделением от- правляемого сообщения на части (пакеты), которые передаются по сети незави- симо, а в конечной точке собираются в исходный вид. Каждый из пакетов снабжается идентифицирующими данными (адресами) начальной и конечной точек соединения. Адресная информация пакетов обеспе- чивает их прохождение по сети общего пользования (возможно по разным трак- там в зависимости от загруженности или работоспособности) до конечной точки соединения, где они собираются в нужной последовательности (рис. 34). Использование пакетной коммутации имеет очевидные преимущества: − один канал используется для одновременной передачи множества сообще- ний; − сокращается время непроизводительного простоя канала; − повышается надежность и скорость передачи; − отсутствуют приоритеты в порядке передачи. Рис. 34. Подготовка и передача сообщения в пакетной форме Для реализации пакетной коммутации разработан специальный протокол пе- редачи данных. Протокол передачи–этосовокупность правил, регламентирующая формат и процедуру обмена данными между компьютерными сетями.Протокол, обеспе- чивающий совместимость внутренних сетей различного устройства, называют стандартным. Стандартныйпротокол–этообщепринятый протокол или набор протоко- лов, обеспечивающий связь между различными компьютерными сетями. Приме- ром стандартного протокола является взаимоувязанный набор протоколов TCP/IP 10 / 17 128 (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), который был разработан для пе- редачи сообщений между внутренними компьютерными сетями различных си- стем. В основу протокола TCP/IP заложены четыре принципа: 1. Каждая сеть должна сохранять свою индивидуальность и не должна под- вергаться переделкам при подключении к другим сетям. 2. Передача данных должна выполняться до тех пор, пока все пакеты одного сообщения не прибыли в пункт назначения, иначе источник должен сделать по- вторную передачу. 3. Для связывания сетей должны использоваться компьютеры, которые пере- сылают пакеты, но не хранят информацию о протекающих потоках. 4. На эксплуатационном уровне в сетях не должно существовать глобальной системы управления. Классификация и топология компьютерных сетей Существуют различные системы классификации компьютерных сетей. В классификации по принципу территориального размещения выделяют следу- ющие категории. 1. Локальные сети.Объединяют компьютеры, расположенные в пределах здания или некоторой ограниченной территории (обычно в радиусе 1–2 км) и со- единенные между собой кабелями (чаще всего витой парой). Для обозначения локальных сетей используются аббревиатуры ЛВС(локальная вычислительная сеть) или LAN(Local Area Network) – объединение компьютеров, сосредоточен- ных на небольшой территории. 2. Городские сети. Охватывают группу зданий, реализуются обычно на оптоволоконных кабелях. Эти сети предназначены для обслуживания террито- рий крупного города, для обозначения городских сетей используется аббревиа- тура MAN(Metropoliten Area Network). В число городских сетей включаются: − кампусная сеть – объединяет сети в близко расположенных зданиях: в разных корпусах предприятия или в учебных зданиях университета; − сеть городского масштаба – объединяет локальные сети предприятий и организаций в пределах городского района; − широкомасштабная сеть – объединяет сети в пределах крупного города (мегаполиса). 3. Глобальные сети.Охватывают значительные по величине территории или регионы земного шара, используют разнообразные каналы связи, включая спутниковые.Для обозначения глобальных сетей используется аббревиатура WAN(Wide Area Network) – это сети, объединяющие территориально рассредо- точенные локальные сети. В пределах одной категории сети могут различаться по типу топологии. Топология сетей –это геометрические принципы прокладки сети или спо- собы соединения компьютеров в сеть. Любая компьютерная сеть строится на ос- нове стандартных видов топологий: общая шина, звезда, кольцо, древовидная (табл. 47). 11 / 17 129 Таблица 47 Стандартные компьютерные топологии Наименование топологии Схематическое изображение Общая шина Кольцо Звезда Древовидная Полносвязанная Каждая из стандартных топологий может использоваться при проектирова- нии сети, обычно вид топологии определяется схемой распределения компьюте- ров в здании. В чистом виде стандартные топологии используются редко, боль- шинство компьютерных сетей построено на основе смешанной топологии. Сме- шанная топология строится путем комбинации стандартных, например не- сколько «звезд» объединяются «общей шиной». Модель компьютерной сети Модель сети предназначена для стандартизации подходов к разработке ком- пьютерных сетей и унификации процесса передачи и приема данных. Модель определяет правила, которые можно использовать для обмена данными в сети и для разработки сетевого оборудования. Первая версия модели была разработана в 1977 г. под названием Базовая модель взаимодействия открытых систем,или семиуровневая модель OSI (Open System Interconnection).Доработанная в 1984 г. модель OSI была утверждена на уровне международного стандарта. Модель OSI основана на уровневых протоколах, что позволяет упростить программу сложной сети путем ее деления на простые части (уровни), ввести 12 / 17 130 стандартные интерфейсы и протоколы на каждом уровне, а также использовать общий язык для взаимопонимания разработчиков. Для любого узла сети вводится 7 уровней обработки данных: прикладной, представления данных, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный, физиче- ский. За каждым уровнем закреплена вполне определенная функция обработки и набор протоколов, которые используются для поддержки уровня. Каждый из уровней отвечает за обработку данных по определенным правилам. 1. Прикладной уровень обеспечивает пользователю доступ к сетевым ре- сурсам и определяет перечень протоколов, которые используются для формиро- вания запросов. 2. Уровень представления данных обеспечивает стандартные способы ко- дировки, форматирования, сжатия или распаковки данных. 3. Сеансовый уровень отвечает за установку и поддержку сеанса связи между пользователями сети, определяет правила формирования и передачи па- кетов. 4. Транспортный уровень отвечает за передачу и сборку пакетов на стороне получателя, определяет пути следования пакетов, следит за качеством доставки. 5. Сетевой уровень обеспечивает маршрут следования пакетов и организует связь между разными сетями. 6. Канальный уровень предназначен для поиска возможных ошибок и вос- становления данных в случае потери или сбоя. 7. Физический уровень обеспечивает преобразование двоичного кода в электрические импульсы для передачи сигнала и отвечает за процедуры управ- ления аппаратной частью. Существование модели компьютерной сети упрощает процесс передачи дан- ных между существующими сетями и обеспечивает возможность подключения новых сетей к глобальной системе. 13 / 17 131 Глобальная компьютерная сеть Интернет Интернет относится к глобальным компьютерным сетям. В топологии глобаль- ной сети основной элементарной единицей является локальная сеть, поэтому Ин- тернет иногда называют сетью сетей, или Всемирной паутиной. С понятием Ин- тернет тесно связано английское слово web-сеть, сплетение, паутина,от которого происходит сетевая терминология: web-дизайн, web-сайт, web-камера. Интернет–всемирная компьютерная сеть, состоящая из разнообразных компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией (протоколами) и единой системой адресации. Топология сети Интернет аналогична сети транспортных магистралей, схема которых изображается на карте автомобильных или железных дорог. Используя аналогию, каналы связи между сетями можно представить как транспортные ма- гистрали, систему адресации глобальной сети – как почтовые адреса, а прото- колы обмена данными – как правила перевозки. История Всемирной паутины В истории сети Интернет выделяется 3 периода развития: этап эксперимен- тальных работ, этап становления, этап коммерческого применения и совершен- ствования [19]. Этап экспериментальных работ(60–70-е гг. XX в.) был начат в США с экспериментов по созданию нового средства связи, которое может сохранять функционирование при частичном разрушении каналов связи. Цель эксперимен- тальных работ заключалась в создании коммуникационной структуры, которая обеспечивает оперативный обмен данными, в том числе в условиях непредви- денного выхода из строя отдельных линий связи. Экспериментальные работы выполнялись в Департаменте техники обработки информации Министерства обороны США (ARPA). Основные результаты работ, выполненных с целью про- верки теоретических предположений, включают этапы: − создание в 1969 г. первой компьютерной сетипод названием ARPANET, которая состояла из четырех компьютеров, расположенных в разных универси- тетах США; − совершенствование сети ARPANET, увеличение числа сетевых компьюте- ров до 40 штук, демонстрация работы сети, в том числе с подключением ино- странных узлов в Великобритании и Норвегии; − демонстрация в 1977 г. возможности объединения четырех различных ком- пьютерных сетей, включая сеть ARPANET, на основе правил обмена данными, которые в дальнейшем были использованы в качестве основы для базовых про- токолов сети Интернет. В ходе экспериментальных работ были разработаны и проверены основные теоретические предположения, в том числе: − возможность передачи сообщений по обходным маршрутам при случай- ном разрушении используемых каналов связи; 14 / 17 132 − возможность повышения надежности передачи данных за счет разбиения отправляемого сообщения на части (пакеты), которые передавались независимо и собирались в пункте назначения. Этап становления(1980-е гг.),на котором были подтверждены и усовер- шенствованы результаты первого этапа, включает следующие основные события: − разработка правил межсетевого взаимодействия в форме протокола TCP/IP и перевод в 1982 г. сети ARPANET на этот протокол; − увеличение числа компьютеров в этой сети до 1000 шт.; − появление термина «Интернет» (1982 г.) как глобальной компьютерной сети; − объединение 5 компьютерных центров США в новую сеть под названием NSFNET (NSF – National Science Foundation) с увеличением числа компьютеров в этой сети к 1989 г. до 100 тыс. шт. На этапе становления к концу 1980-х гг. в США была создана компьютерная сеть национального масштаба, которая впоследствии стала базовой основой сети Интернет. Этап коммерческого применения и совершенствования(конец 1980-х – 1990-е гг.), в течение которого завершается формирование основных элементов сети Интернет и правил обработки сетевых документов. Принципы обработки сетевых документов были разработаны в Церне – Европейском совете по ядерным исследованиям (Швейцария). Основные результаты этапа: − разработка в 1989 г. технологии публикации гипертекстовых документов, включая созданиесетевогопротокола HTTP, языка разметки сетевых докумен- тов HTML и системы адресации URL, которые со временем стали основой Все- мирной паутины; − реализация в 1991 г. протокола WWW (World Wide Web) и создание пер- вого сайта, который был посвящен описанию устройства сети Интернет; − создание в 1994 г. Консорциума Всемирной паутины (W3C) для разработки и внедрения технологических стандартов Интернета; − мощное развитие глобальной сети во второй половине 1990-х, в том числе по- явление сетевой операционной системы Windows 95, начало массовой разработки корпоративных сайтов, развитие электронной коммерции и интернет-магазинов. Этап характеризуется также лавинообразным ростом числа компьютеров подключенных к сети Интернет. В 1992 г. их общее количество превысило 1 млн. Лидером по производству компьютеров становится фирма IBM. Интернет полу- чает признание на уровне власти, бизнеса и средств массовой информации. Между ведущими производителями программного обеспечения для Интернета возникает острая конкурентная борьба, лидером в этой борьбе выступает корпо- рация Microsoft. Протоколы и система адресации Одна из основных особенностей глобальной сети – единые правила передачи и приема данных или единый сетевой протокол, который обеспечивает подклю- чение к сети разнотипных компьютеров, работающих под управлением разных 15 / 17 133 операционных систем. Первоначально каждая локальная сеть разрабатывалась по собственным правилам, которые создавались в процессе самой разработки. В результате для функционирования сетей было создано множество различных протоколов. Для связи сетей с разными протоколами был разработан основопо- лагающий протокол TCP/IP, который обеспечивает взаимодействие почти 100 протоколов различного уровня. Протокол TCP/IPявляется базовым протоколом глобальной сети.Прото- кол состоит из двух частей, первая из которых (TCP) отвечает за разбиение со- общения на блоки, добавление служебных данных и формирование пакета, сборку пакетов после передачи. Вторая часть протокола (IP) отвечает непосред- ственно за проводку пакетов по сети с соблюдением системы адресации. Наряду с основополагающим протоколом используются и другие протоколы, которые строятся на основе базового. Некоторые из этих протоколов приведены ниже. Протокол UDP– стандартный упрощенный протокол, обеспечивающий упаковку данных в один пакет, который называется дейтограммой. Протокол не содержит средств обнаружения ошибки, не гарантирует доставку и может ис- пользоваться для передачи коротких сообщений. Протокол HTTP – создан для передачи гипертекста и является основой си- стемы поиска и передачи мультимедийных документов (World Wide Web). Протокол FTP – специально разработан для передачи файлов, которые находятся на компьютере пользователя или хранятся на специальном сервере. Протокол WAP – беспроводной протокол передачи данных, используется длядоступа к сети мобильных телефонов, оснащенных программами про- смотра – браузерами. Протокол ориентирован на малый размер экрана, на огра- ниченный объем памяти и малую пропускную способность. Другой базовой основой Интернета является единая система адресации ком- пьютеров и документов. Каждый компьютер в сети имеет два функционально равноценных адреса, первый из которых формируется на основе IP-адресации, а второй вырабатывается по системе DNS. В основе системы IP-адресации заложено присвоение каждому сетевому ком- пьютеру уникального адреса в числовом формате, который содержит 4 блока чи- сел (по одному байту), при этом каждое число заключено в интервале от 0 до 255 и не может иметь больше трех разрядов. IP-адрес недействителен, если хотя бы один из блоков превышает значение 255. При записи IP-адреса блоки чисел разде- ляются точками и приводятся к виду, структура которого показана на рис. 35. Каждый блок адреса имеет опре- деленное значение. Начало адреса определяет номер большой сети, в которой находится компьютер, а крайний правый – номер компью- тера в локальной сети. В результате каждый компьютер получает един- ственный в своем роде номер, на Рис. 35. Структура сетевого IP-адреса 16 / 17 134 основе которого можно найти компьютер в сети. Для разделения адреса на струк- турные составляющие используют маску сети. Маска сети строится на битовой основе и используется для того, чтобы определить, какая часть IP-адреса относится к адресу сети, а какая – к адресу подсети. Чтобы получить адрес сети, нужно применить операцию поразрядной конъюнкции (логическая операция И) к IP-адресу и маске подсети. В табл. 48 показан переход к адресу сети с помощью битовой маски. Таблица 48 Поразрядная конъюнкция IP-адреса и маски сети IP-адрес 192.168.1.2 11000000 10101000 00000001 00000010 Маска подсети 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 Адрес сети 192.168.1.0 11000000 10101000 00000001 00000000 Система IP-адресации делится на классы в зависимости от того, сколько бит в адресе отводится под номер сети и сколько под номер подсети (табл. 49). Класс А содержит адреса сетей, которые имеют в первом байте значения от 1 до 127 и большие возможности по количеству сетевых компьютеров, которые можно использовать в качестве хостов. Адреса этого класса назначаются круп- ным организациям, которые имеют большое количество сетевых устройств. Класс В имеет в первом байте значения от 128 до 191, что позволяет под- ключить к нему до 16384 сетей. Адреса класса В назначаются сетям большого и среднего размера. Класс С объединяет адреса со значениями в первом байте от 192 до 223, что позволяет увеличить количество возможных сетей до 2 млн и более. Адреса этого класса назначаются малым сетям. Таблица 49 Классификация IP-адресов Класс сетей Значение первого байта адреса Количество сетей Количество хо- стов в сети А 001-126 126 16777214 В 128-191 16384 65534 С 192-223 2097152 254 На практике пользоваться длинными численными адресами неудобно, по- этому наряду с IP-системой разработана и существует другая система регистра- ции. 17 / 17 135 Доменная система адресации, или доменная система имен(DNS – Domain Name System),основана на делении сети на части или зоны с присвое- нием каждой зоне имени в виде последовательности символов, имеющей смыс- ловую окраску. В этой системе адресации используется термин «домен», обозначающий зону, сообщество или участок сети, к которому принадлежит данный компьютер. В доменной системе имен каждому IP-адресу присваивается собственное имя, которое называется DNS-адрес. Доменное имя – это буквенный адрес компьютера. DNS-адрес формируется из нескольких доменов, домены разделяются точками и считаются по порядку справа налево. При этом адрес выглядит, например, так – miass.city.ru. Структура доменного имени показана на рис. 36. Рис. 36. Структура доменного имени В этой системе адресации справа находится домен первого уровня, объединя- ющий самую крупную группу компьютеров. Чаще всего домен первого уровня состоит из двух букв латинского алфавита и формируется на основе буквенной кодировки государств, примеры которой приведены в табл. 50. Таблица 50 Примеры доменов первого уровня в кодировке государств Государство Домен Государство Домен Россия su, ru Великобритания uk Белоруссия by Германия de Украина ua Франция fr Казахстан kz Италия it Наряду с буквенной кодировкой государств существует наднациональная ко- дировка доменов, примеры которой приведены в табл. 51. В 2011 г. в правила наименования доменов внесены изменения, на основе ко- торых для кодировки государств можно использовать не только латинские буквы, но и буквы национального алфавита. На основе нового правила в России 1 / 17 136 в дополнение к существующим доменам su и ru введен русскоязычный до- мен рф. Таблица 51 Наднациональные домены первого уровня Назначение или зона охвата Домен Европейский союз eu правительственные gov военные mil коммерческие com образовательные еdu сетевые net прочие организации org Двойная система адресации компьютеров может существовать только при полном соответствии двух функциональных сетевых адресов.Для соответствия числового и доменного адреса в Интернете имеется единый электронный ката- лог, который ведется в США. Для преобразования доменного адреса в числовой формат посылается запрос на DNS-сервер. Сервер обрабатывает доменное имя, определяет IP-адрес и отправляет ответ на запрос. Единую систему адресации компьютеров сети Интернет дополняет единое адресное пространство всех сетевых документов. Каждый документ, размещен- ный на серверах сети, имеет свой адрес, который формируется на основе унифи- цированного определителя адресов сетевых ресурсов URL, или стандарта URL. URL (Universal Resource Locator)–общий формат представления адреса се- тевого ресурса.ФорматURL содержит сведения о компьютере и сведения о до- кументе, которые объединяются в единую строку. Стандарт URL используется для обозначения и поиска всех ресурсов в сети Интернет. Службы Интернета Службами Интернета принято называть средства предоставления услуг для пользователей глобальной сети в форме доступа к определенным информацион- ным ресурсам или предоставления возможности для обмена сообщениями между пользователями [19]. имя протокола://DNS-адрес компьютера/путь к документу/ имя файла. 2 / 17 137 WWW(World Wide Web) – это наиболее распространенная служба, которая представляет собой сеть гипертекстовых документов (рис. 37), связанных между собой гиперссылками. Наименьшей информационной единицей в этой службе является web- страница, представляющая собой совокупность текстовых, графических и мультимедийных файлов. Группа web-страниц, принадлежащих одному вла- дельцу и связанных между собой по содержанию, образует web-сайт. Рис. 37. Просмотр гипертекстовых документов Web-сайт – это множество информационных ресурсов, к которым открыт доступ в службе WWW. Сайты можно просматривать с помощью браузеров – программ-обозревателей. К ним относятся Internet Explorer, Opera, Mozilla Fire- fox, Google Chrome. Материалы, представленные на сайте, или содержательное наполнение сайта, называют контентом. Электронная почта(E-mail) – наиболее старая и одна из самых массовых служб в сети. Служба предназначена для обмена электронными письмами между пользователями в режиме отложенного общения (off-line). В электронной почте каждый пользователь получает персональный почтовый адрес, который состоит из двух частей, разделенных символом @. Справа от символа располагается DNS-адрес компьютера, на котором размещается почтовое отделение абонента. Слева от символа @ расположено имя абонента. Служба передачи файловоснована на протоколе передачи файловFTP (File Transfer Protocol). Хранение файлов обеспечивают так называемые FTP-сер- веры, а пользователи выступают в роли FTP-клиентов, имеющих доступ к фай- лам. На серверах чаще всего находятся программные файлы, но могут храниться файлы и любых других форматов. Данные на серверах образуют иерархическую структуру папок, которая удобна для поиска и хранения. Социальные сети пришли на смену популярным службам, предназначен- ным для организации процесса общения между пользователями. Социальные сети реализуются в форме сайта или постоянно подключенного к сети сервиса, который позволяет строить социальные связи, устанавливать взаимоотношения, обмениваться разнообразной информацией. Особенностью социальных сетей яв- ляются неограниченные возможности по размещению личной информации, по 3 / 17 138 обмену информацией с другими пользователями, по созданию групп или сооб- ществ, имеющих близкие интересы. Кроме перечисленных к службам сети Интернет относится целый ряд извест- ных систем: видеоконференции, системы поиска, электронные средства массо- вой информации, системы электронных платежей, online-переводчики, словари и др. Публикация web-документов Web- документ– это электронный документ, содержащий текстовые, гра- фические и другие данные, которые отформатированы с учетом особенностей приема и передачи информации в сети Интернет. Для создания web-документов можно использовать обычные текстовые и графические редакторы, но более эф- фективными являются web-редакторы, которые применяют на профессиональ- ном уровне. Форматированный web-документ называют также HTML-документом, или HTML-кодом, поскольку форматирование осуществляется на основе инструкций (команд) языка HTML (Hypertext Markup Language), который называют языком гипертекстовой разметки. Г и п е р т е к с т – это система текстовых страниц, имеющих перекрестные ги- перссылки. Гипертекст составляет основу любого web-документа. HTML – стандартизованный язык разметки документов, предназначенных для публикации во Всемирной паутине. Стандарт представления информации в сети Интернет основан на использо- вании языка HTML. Первоначально различные компании-разработчики предла- гали свои варианты представления данных в сети, но со временем возникла необ- ходимость в создании стандартного языка, который выполняет эту функцию. Первый стандарт языка HTML был сформирован в середине 1990-х гг., а в 1997 г. была утверждена спецификация HTML 3.2, которая принята разработчиками в качестве официальной версии. Быстрое развитие технологии публикации web- документов приводит к постоянному дополнению и обновлению официальной версии [20]. HTML представляет собой набор команд или инструкций, которые называ- ются тегами. Файлы, содержащие инструкции языка HTML, имеют расширение .htm или .html. Теги используются для описания структуры документа и представляют со- бой определенные ключевые слова. Теги позволяют выделить в документе от- дельные логические части – заголовки, абзацы, таблицы, списки-перечисления, а также могут использоваться для связи web-страницы с блоками изображения, видео и звука. Процедура форматирования с использованием тегов похожа на процесс верстки типографического издания, поэтому ее иногда называют HTML- версткой. Теги не отображаются на экране или при печати, но при этом управ- ляют отображением. Просмотр размеченных тегами документов осуществляют с помощью брау- зеров – программных средств, предназначенных для работы с web-доку- 4 / 17 139 ментами.Однако может возникнуть ситуация, когда разные браузеры по-раз- ному отображают один и тот же HTML-код. Иногда разработчик web-страниц предлагает пользоваться конкретным браузером для наилучшего отображения web-документа на экране. Разница в отображении возникает в случае, когда брау- зеры (Internet Explorer или Mozilla Firefox), с помощью которых пользователи просматривают web-страницы, не полностью соответствуют обновленным вер- сиям HTML. С появлением мобильных сенсорных устройств возникли новые требования к HTML-верстке. В новых условиях сайт должен корректно отображаться не только при обычных разрешениях монитора, но и быть адаптированным к мо- бильным устройствам или иметь мобильную версию. Теговая модель описывает документ как совокупность контейнеров,каж- дый из которых начинается и заканчивается тегами. Теги НТМL-документов в большинстве своем просты и понятны, так как они образованы с помощью об- щеупотребительных слов английского языка, понятных сокращений и обозначе- ний. Текст тега заключается в угловые скобки ("<" и ">"). Простейший вариант тега – имя, заключенное в угловые скобки, например |