Орловский технологический техникум по учебной дисциплине " Распределённые системы обработки информации " для студентов специальностей 230103, 240103

Скачать 1.84 Mb.

Название	Орловский технологический техникум по учебной дисциплине " Распределённые системы обработки информации " для студентов специальностей 230103, 240103
страница	1/22
Тип	Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22

Преподаватель А.Н.Ляскина

Орловский технологический техникум

по учебной дисциплине " Распределённые системы обработки информации "

для студентов специальностей 230103, 240103

Преподаватель А.Н.Ляскина

Рассмотрено на заседании ПЦК

Протокол № 1

"20" сентября 2012 г.

Орёл,2012-2013 уч. Год

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ

Дисциплина «Распределённые системы обработки информации» направлена на раскрытие основных принципов представления информации во всемирной сети Internet, рассматривает принцип работы всемирной распределенной информационной системы WWW, гипертекстовой технологии, основанной на использовании протокола обмена гипертекстовой информации – HTTP, указателя на универсальный ресурс в Сети – URL и языке создания гипертекстовых документов – HTML. Применение прикладных знаний дисциплины реализовано на умении пользоваться сервисами сети Internet, создавать и размещать простые Web-приложения.

Курс опирается на общепрофессиональные дисциплины, такие как «Информатика», «Информационные технологии» и имеет тесную взаимосвязь со спецдисциплиной «Компьютерные информационные сети».

Современное общество интенсивно использует комбинацию «компьютер и информационная сеть». Неудивительно, что дисциплина «Основы технологии web-дизайна» является актуальной для изучения и найдет применение в профессиональной деятельности выпускника.

Процесс информатизации общества был обусловлен резким возрастанием роли и значения информации. Логическим развитием процесса было появление новых информационных технологий по созданию, переработке, хранению и передаче информации. Стремительное их развитие привело к созданию новых сетевых технологий. Первая экспериментальная сеть, Агентство передовых исследовательских проектов (Advanced Research Projects Agency), была создана в 1969 году в США и называлась ARPAnet. В течение последующего десятилетия происходило развитие информационных сетей в разных странах мира и их активное включение во всемирную сетевую структуру. В настоящее время существует множество глобальных сетей (Bitnet, Internet, DECnet). Каждая из сетей организовывалась для определенных целей.

Так, Bitnet объединяет группу пользователей университетов, колледжей, научных центров из стран Америки, Европы и Азии. Internet является крупнейшей информационной сетью, представляющей собой объединение огромного числа сетей – национального, отраслевого, регионального уровней. Из российских информационных сетей крупнейшей является сеть Relcom (действующая во всех странах СНГ и Прибалтики), созданная в 1990 году. Сеть является членом Европейского консорциума EUnet, объединяющего многие сети Восточной Европы и Северной Африки, которая в свою очередь является участником всемирной сети Internet. Шлюз, через который осуществляется выход в зарубежные сети, находится в Москве.
Информационные ресурсы Internet (сервисы) – это совокупность информационных технологий и баз данных. К их числу относятся:

электронная почта;
система телеконференций Usenet;
система файловых архивов FTP;
базы данных WWW;
базы данных Gopher;
базы данных Wais;
справочная служба Whois;
поисковые машины Alta Vista, Yahoo.

Кратко остановимся на этих сервисах.

Общий принцип доступа к информационному ресурсу через электронную почту заключается в том, что пользователь посылает сообщение почтовому роботу (специальному почтовому серверу), который реализует стандартный доступ к ресурсу и отправляет ответ по почте пользователю.

Usenet – система телеконференций в сети Internet. Система построена по принципу электронных досок объявлений, когда любой пользователь может поместить свою информацию в одну из групп новостей Usenet и эта информация станет доступной другим пользователям, которые подписаны на данную группу. Именно таким образом распространяются, например, списки часто задаваемых вопросов (FAQ).

FTP (File Transfer Protocol) – система файловых архивов. Это огромное распределенное хранилище всевозможной информации, накопленной за последние годы в Сети. Практически любой архив строится как иерархия директорий. Многие архивы имеют дубликаты.

WWW (World Wide Web) – это всемирная распределенная глобальная информационная система. WWW представляет удобный доступ к большинству информационных архивов Сети. Особенностью системы является использование гиперссылок, которые позволяют просматривать материалы в любой последовательности. В WWW существует большое количество разновидной информации (тексты, графика, аудио, видео), которую другие сервисы предоставить не могут. Так WWW и завоевала всемирное распространение.

Gopher – распределенная информационная система. В основу ее интерфейса положена иерархия каталогов, внешне она выглядит как огромная файловая система, которая расположена на разных машинах Сети.

Wais – распределенная информационно-поисковая система. В основу системы положен принцип поиска информации с использованием запросов, основанных на применении ключевых слов. Например, такую систему удобно использовать при просмотре электронных книг, учебников, энциклопедий.

Whois – распределенная система, которая содержит информацию о пользователях Сети, их электронных и обычных адресах, именах и т. д.

Поисковые машины – представляют собой мощные информационно-поисковые системы, размещенные на серверах свободного доступа, специальные программы которых в автоматическом режиме сканируют информацию в Сети по специальным алгоритмам. В последующем в рамках своего интерфейса поисковые машины предоставляют пользователю выполненные запросы. Среди российских поисковых машин популярностью пользуются Yandex, Rambler.

Модуль 1

Основные принципы гипертекстовой технологии

Модуль является введением в дисциплину и раскрывает принципы представления информации в сети Internet, рассматривает принцип работы WWW, основы гипертекстовой технологии, содержит основные понятия и определения, на которых в дальнейшем строится курс.

Задачей модуля является дать общее описание предмета изучения дисциплины.

Целью данного модуля является изучение принципов представления информации в сети Internet, понимание основ гипертекстовой технологии.

Студент должен

знать:

понятия Internet, WWW, IP-адресация, URL, HTTP,
принципы представления информации в сети Internet,
общий принцип работы протокола TCP/IP,
принцип работы WWW,
основы гипертекстовой технологии;

уметь:

определять числовой и символьный адрес компьютера в сети,
пользоваться программами обзора гипертекстовых документов.

Тема 1.1

Общие принципы представления информации в сети Internet

В результате изучения темы студент должен

знать:

историю развития сети Internet,
ключевые принципы представления информации в сети Internet,
систему адресации, протоколы TCP/IP;

уметь: определять числовой и символьный адрес компьютера в сети.

История Интернета

В 1957 году в рамках Министерства обороны США выделилась структура  Агентство передовых исследовательских проектов (Advanced Research Projects Agency), работы которого были связаны с разработкой методов соединений компьютеров друг с другом. В 1969 году была создана экспериментальная сеть ARPAnet, которая связала четыре компьютера. Она была предназначена для связи различных научных центров, военных учреждений и оборонных предприятий и обмена между ними информацией. Это была передовая и устойчивая к внешним воздействиям закрытая система. В частности предполагалось, что данная система продолжит функционировать и в условиях ядерного нападения, ведь это был период холодной войны.

Концепция этой сети заключалась в следующем: каждая пара компьютеров взаимодействует в сети между собой автономно, а канал связи между ними считается абсолютно ненадёжным и в любой момент может быть разрушен (например, в результате войны). При этом, с одной стороны, сохраняется вся работоспособность всей сети в целом, а с другой – уцелевший компьютер может подключиться к сети через уцелевшие каналы связи.

Другими словами, все узлы сети должны работать независимо друг от друга. Таким образом, был заложен основной принцип сети – независимость отдельного узла (компьютера) сети от внешних воздействий и неполадок в тех участках сети, которые не связанны с данным узлом.

К 1981 году сеть ARPAnet имела более 200 компьютеров. По мере подключения к сети все большего числа компьютеров приходилось решать новые проблемы. Так, например, необходимо было выработать единое правило обмена информацией (протокол) между компьютерами с разными операционными системами. При множестве компьютеров в сети необходима была некая условная их адресация для отправки сообщения. К тому же в связи с увеличением нагрузки сети выработалось правило прохождения маршрута сообщения, согласно которому информация от одного компьютера к другому следовала по любому свободному пути, и этот путь мог отличаться от предыдущего. Таким образом, по мере расширения сети развивались и основополагающие принципы, такие как независимость работы компьютеров от внешних неполадок, устойчивость к обмену информацией не зависимо от нагрузки сети, возможность «говорить на равных» разным компьютерам.

Современная сеть Internet представляет собой совокупность крупных узлов, объединенных между собой каналами связи. Каждый узел – один или несколько мощных компьютеров. Таким образом, Internet  глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие сети и компьютеры. Основные ячейки Internet  локальные вычислительные сети. Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а соединяет группы компьютеров. Если отдельная сеть подключена к Internet, то каждая рабочая станция также может подключиться к Internet.

Lec1_1-2 Адресация в сети Internet

Для того чтобы в процессе обмена информация дошла до конкретного компьютера, в сети Internet существует единая система адресации, основанная на использовании IP-адреса.

IP-адрес – уникальный адрес компьютера в сети. Он представляет последовательность из четырех чисел, разделенных точками, которая определяет действительное местонахождение компьютера в сети.

Каждый компьютер в сети Internet должен иметь свой IP-адрес. К адресам предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат и нести некоторую информацию о своём владельце.

Для обмена информацией используется сетевой протокол Internet Protocol (IP). Каждый компьютер, включённый в Internet, получает уникальный адрес. Каждый адрес состоит из 4 номеров (по восемь бит на каждый номер в двоичной системе счисления или числа от 0 до 255 в десятичной системе счисления). Например, 101111110.00011110.00010100.00010000 и 190.30.20.16 –адреса одного и того же компьютера, представленные в разных системах счисления. IP-адрес использует 4 основных уровня иерархии, на каждом из которых ведётся своя собственная нумерация входящих в этот уровень компонентов сети. Крайние слева числа соответствует самому высокому уровню, крайние справа – нижнему уровню иерархии сети. Первая часть отвечает за адрес сети, вторая – за адрес хоста.

Хост – компьютер или другое устройство, которое имеет сетевой интерфейс.

Такая система IP-адресации учитывает структуру сети Internet, т. е. то, что Internet является сетью сетей, в каждой из которой находятся компьютеры. Поэтому было бы логично указать сначала адрес сети, а потом адрес конкретного компьютера в данной сети. Так, в нашем примере число 190.30.20 может определять адрес некой сети, а число 16  номер компьютера в этой сети. Если Ваш компьютер находится в сети, то он тоже имеет свой IP-адрес.

Поскольку числовая адресация неудобна для использования человеком, т. к. ее сложно запомнить, то в сети Internet числовым адресам ставятся в соответствие символьные обозначения, которые имеют осмысленную аббревиатуру. Такое обозначение называется доменным именем компьютера.IP-адрес, представленный в символьной форме, называют доменным именем.

Домен  характеристика отдельного компьютера, службы или объекта в целом, используемая в целях именования и администрирования. Доменная система имен имеет иерархическую структуру: самому верхнему уровню (поддомену высшего уровня) соответствует крайняя правая последовательность символов, а самому нижнему уровню (поддомену нижнего уровня)  крайняя левая последовательность символов:

ДОМЕНЫ N УРОВНЯ . … . ДОМЕНЫ ВТОРОГО УРОВНЯ . ДОМЕНЫ ВЕРХНЕГО УРОВНЯ

То есть адрес компьютера будет представлять собой последовательность имен доменов,

dn ... d3 . d2 . d1 , где

d1 – поддомен верхнего уровня. Обычно, этот домен указывает:

либо страну (географический домен, состоящий из двух букв):

ru – Россия,

ua – Украина,

de – Германия,

uk  Великобритания,

us  США;

либо организацию (административный домен, состоящий из трех букв):

com – коммерческая организация,

еdu – учебное, образовательное заведение,

gov – правительственные организации,

net  компьютерная сеть,

mil  военная США;

d2 – поддомены 2-го уровня (обычно обозначает имя сервера машины: город, организацию и т. п.; может быть имя провайдера;

d3 – поддомен 3-го уровня (это может быть имя компьютера или сервера данного узла).

Доменное имя компьютера состоит из двух частей: имя компьютера и домен (то есть область, регион), в котором он находится.

Рассмотрим доменное имя сервера химического факультета Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн (School of Chemical Sciences at the University of Illinois at Urbana-Champaign):

WS. SCS . UIUC . EDU,

где:

edu – домен верхнего уровня. Он обозначает код сети высших учебных заведений США.
uiuc.edu  поддомен второго уровня. Имена поддоменов второго уровня утверждаются в соответствии с правилами, выработанными доменами верхнего уровня. В данном случае аббревиатура означает University of Illinois at Urbana-Champaign.
scs.uiuc.edu  поддомен третьего уровня. Имена поддоменов третьего уровня утверждаются в соответствии с правилами, выработанными доменами второго уровня. В нашем примере scs означает School of Chemical Sciences.
w
s.scs.uiuc.edu  поддомен четвертого, в данном случае самого младшего уровня. Аналогично имена поддоменов четвертого уровня утверждаются в соответствии с правилами, выработанными доменами третьего уровня. В нашем примере поддомен назван ws, потому что на данной машине расположен сервер.

Рисунок 1 – Доменная система имен
Для присвоения и преобразования символьных адресов в физические адреса в Internet создана специальная служба – DNS (Domain Name System). Цель DNS – поставить в соответствие символьному адресу компьютера его IР-адрес. Каждый сервер DNS содержит информацию о нескольких доменах.

Регистрацией новых доменов занимаются специальные организаторы – регистраторы. Они ведут базу данных по всем доменам, а также поддерживают серверы имен для соответствующих доменов.

Например, в домене .ru регистратором является Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей (РосНИИРОС). Он выполняет сопровождение баз данных по всем доменам в зоне .ru и серверов имён домена .ru и занимается приёмом платежей за регистрацию доменов.

Lec1_1-3 Протокол TCP/IP

В сеть Internet входят миллионы компьютеров и сетей компьютеров, работающих под управлением разных операционных систем, с разными форматами данных, на разных аппаратных платформах. Однако при обмене информацией все компьютеры должны пользоваться едиными согласованными протоколами формирования и передачи сообщений.

Протокол – это набор соглашений о правилах формирования и форматах сообщений Internet, о способах обмена информацией между пользователями сети.

Итак, пусть необходимо организовать связь между двумя компьютерами, имеющими IP-адреса (195.127.7.5) и (129.29.16.3). Казалось бы, проще организовать связь по «телефонному» принципу. Машина №1 вызывает машину №2, передаёт ей сообщение (или наоборот). Однако в этой технологии канал связи поступает в монопольное владение 2-х машин. Для сети Internet такой способ неприемлем, так как на время передачи сообщения канал связи становится доступным для других, а сообщение может быть очень большим. Кроме того, неполадки сети блокируют связь между парой компьютеров. Поэтому в сети Internet предусмотрена другая технология коммутации пакетов. Для нормального функционирования сети используют протокол обмена информацией TCP/IP. Он включает в себя название двух протоколов:

Transmission Control Protocol (TCP) – транспортный протокол;
Internet Protocol (IP)  протокол маршрутизации.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) разбивает исходное сообщение на несколько небольших фрагментов – пакеты (до 1500 байт). Каждый пакет имеет заголовок (содержит адрес отправителя и получателя, № сообщения и др.).

Ответственность за доставку отдельного пакета по заданному адресу несёт IP-протокол. Процесс доставки электронных пакетов аналогичен процессу доставки почтовых отправлений. Для того чтобы письмо дошло по назначению, необходимо указать адрес получателя и отправителя. Аналогично, передавая информацию по сети, на каждом пакете указывают IP-адрес компьютера получателя (195.127.7.5) и отправителя (129.29.16.3).

Сначала пакет попадает на узел провайдера, где специальные параметры, пользуясь таблицей маршрутизации, выбирают дальнейший маршрут следования. При этом разные пакеты одного сообщения могут дойти до адреса по разным маршрутам, в разной последовательности и в разное время.

TCP-модель адресата собирает поступающие пакеты, пользуясь информацией заголовков пакетов. Недостающие или искажённые пакеты могут пересылаться повторно. Независимо от времени и пути доставки пакетов протокол TCP дожидается первого пакета (согласно нумерации разбиения пакетов, а не их очередности прихода до получателя) и собирает остальные пакеты в правильной последовательности, формируя файл. Схема отображена на рисунке 2.

Таким образом, одновременно по каналам Internet следуют, чередуясь друг с другом, тысячи пакетов. Соответственно, чем больше пользователей в сети, тем медленнее доставляются сообщения адресату. Кроме того, случаются «технические» задержки – перегрузки промежуточных узлов, тогда пакеты могут быть отправлены обходным путём.

Итак, IP-протокол обеспечивает маршрутизацию IP-пакетов, то есть доставку информации от компьютера-отравителя к компьютеру-получателю. TCP-протокол обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку IP-пакетов обратно в файл в процессе получения.

Выводы по теме 1.1

Первая сеть ARPAnet была создана в 1969 году и представляла собой связь четырех компьютеров. Основной принцип ее работы был заложен в Internet – независимость отдельного узла (компьютера) сети от внешних воздействий и неполадок в тех участках сети, которые не связанны с данным узлом.
Internet  глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие сети и компьютеры. Основные ячейки Internet  локальные вычислительные сети. Internet создает пути соединения для более крупных единиц  групп компьютеров. Если отдельная сеть подключена к Internet, то каждая рабочая станция также может подключиться к Internet.
Для того чтобы в процессе обмена информация дошла до необходимого компьютера, в сети Internet существует единая система адресации, основанная на использовании IP-адреса. Каждый компьютер в сети Internet должен иметь свой уникальный IP-адрес. IP-адрес использует 4 основных уровня иерархии и представляет собой четыре числа разделенных точками. Крайние слева числа соответствуют самому высокому уровню, крайние справа – нижнему уровню иерархии. Первая часть отвечает за адрес сети, вторая – за адрес хоста.
Хост – компьютер или другое устройство, которое имеет сетевой интерфейс.
Другой способ адресации в сети Internet для большего удобства ставит в соответствие числовым адресам символьные обозначения, которые понятны пользователю. Такое обозначение называется доменным именем компьютера. IP-адрес, представленный в символьной форме, называют доменным именем. Домен – группа ресурсов, управляющих одним узлом.
Доменная система имен тоже имеет иерархическую структуру: самому верхнему уровню (большему поддомену) соответствует крайняя правая последовательность символов, а самому нижнему уровню (меньшему поддомену)  крайняя левая последовательность символов: dn ... d3 . d2 . d1. Поддомены верхнего уровня определяют либо географическое положение сервера, либо его административную принадлежность.
Преобразованием символьных адресов в физические адреса в Internet занимается специальная служба – DNS (Domain Name System), цель которой поставить в соответствие символьному адресу компьютера его IР-адрес. Существует специальная база данных адресов, которыми ведает DNS и наблюдает за уникальностью этих адресов, т. е. каждый компьютер в сети Internet должен иметь свой индивидуальный адрес. Легко подсчитать общее количество различных IР-адресов в двоичной системе счисления по 32 бита на каждый адрес (так как он состоит из 4 номеров по 8 бит) получаем 2³²=4 294 967 296 компьютеров.
При обмене информацией в сети все компьютеры независимо от их конфигурации должны пользоваться едиными согласованными правилами формирования и передачи сообщений, то есть протоколом. Для нормального функционирования сети используют протокол обмена информацией TCP/IP. Он включает в себя название двух протоколов: Transmission Control Protocol (TCP) – транспортный протокол и Internet Protocol (IP)  протокол маршрутизации. IP-протокол обеспечивает маршрутизацию IP-пакетов, то есть доставку информации от компьютера-отравителя к компьютеру-получателю. TCP-протокол обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку IP-пакетов обратно в файл в процессе получения.