Компьютерные телекоммуникации и Интернет

Компьютерные КТ. Обмен информацией при помощи компьютерных сетей называется компьютерной телекоммуникацией (КТ). Она отличается от передачи по почте, телеграфу, с помощью радиосвязи тем, что в процессе передачи осуществляется обработка и создание информации. КТ дает возможность создания информационных систем коллективного пользования, осуществляющих обмен информацией как между несколькими ЭВМ, пользователем и удаленной ЭВМ, так и между пользователями через посредство ЭВМ.

КТ реализуется в локальных вычислительных сетях (ЛВС) на уровне предприятия, организации, на региональном (территориальном) уровне (корпоративные, городские сети и т. п.) и в глобальном масштабе на национальном и международном уровне.

Компьютерные телекоммуникации - это линии непосредственной связи ЭВМ, разнообразные коммуникационные системы и оборудование связи: телефонной, радиосвязи, оптико-волоконной и космической (спутниковой). КТ дает возможность оперативно обмениваться информацией, включая возможность работы в режиме реального времени.

Связь может быть установлена между двумя автономными ПК и с удаленным абонентом - другим ПК или факсом (модемная связь). Для первого вида связи ПО поддерживает файловый обмен между ПК по кабелю через последовательные порты. Для поддержки модемной связи ПК требуется более сложное ПО, однако возможности такой связи значительно выше - по одной и той же телефонной линии одновременно передается речевая информация и с большой скоростью цифровая (ISDN-технология).

Компьютерные сети. Компьютерные (вычислительные, информационные) сети на основе КТ и ПК массового распространения дают возможность пользователям ПК, подключенным к линиям связи и имеющим необходимые устройства (модем, факс-модем, сетевую карту) и телекоммуникационное ПО, посылать сообщения по электронной почте, участвовать в телеконференциях, производить банковские и торговые операции, получать информацию из банков, баз данных и знаний и т. п.

Первоначально КС имели последовательную, кольцевую (1970-е гг.), звездообразную или магистральную структуру (топологию) связей абонентов. Например, КС ETHERNET фирмы Xerox имела магистральную структуру, имеющую двунаправленную линию связи.

Региональная сеть образуется путем связывания локальных КС в единую сеть той или иной топологии. В свою очередь объединение региональных сетей дает сеть глобальную. Соединение КС осуществляется при помощи специальных устройств, мощных ЭВМ или ПК и сложных технических систем - телефонных сетей, спутниковых и волоконно-оптических и других систем связи. Одинаковые сети связываются при помощи моста - это простейшая связь. Связь сетей на основе шлюза осуществляется при необходимости преобразования адресов получателей и переформатирования данных. Связь КС через ретранслятор реализует накопление данных.

Связь КС с ПК производится через телефонные сети, однако в последнее время распространяется связь через выделенные линии и беспроводная. Офисы, отели, другие учреждения и частные дома оборудуются ЛВС для подключения к глобальной сети из любой комнаты.

Передача данных в КС. Она производится на основе двух методов - коммутации каналов и коммутации пакетов. Коммутация каналов осуществляется на время сеанса связи (пример - телефонная связь). Линия связи остается занятой все время передачи сообщения. Данные передаются небольшими кадрами с проверкой ошибок в каждом кадре. Существуют КС с коммутацией сообщений, блокирующая не весь путь передачи, как при коммутации каналов, а только часть между ближайшими ретрансляторами.

Коммутация каналов применяется в случае требования высокой надежности, высокой помехозащищенности и конфиденциальности связи (например, между правительственными учреждениями, главами государств, в военной сфере и т. п.).

При коммутации пакетов сообщения разбиваются на пакеты фиксированной длины (128 байтов и др.), снабжаются маркерами с адресами отправителя и получателя и номером пакета, и отправляются по сети как независимые сообщения. Накопленные в буфере узла связи пакеты, принадлежащие различным сообщениям, передаются на соседний узел связи. В пункте назначения интерфейсный процессор объединяет пакеты в единое сообщение и выдает адресату.

Метод коммутации пакетов и передачи их по разным маршрутам повышает надежность и сокращает время передачи сообщений, обеспечивая высшую пропускную способность, в частности, коротких сообщений, что эффективно поддерживает диалоговый режим реального времени, пользующийся популярностью в современном мире.

В начальный период создания КС (1970-е гг.) их различия затрудняли объединение в глобальные сети. Но в результате развития КС сформировался иерархический подход к организации сетей, воплощенный в стандартной модели связи открытых систем (OSI-архитектуре) Международной организации стандартов (МОС).

Стандартная сетевая архитектура МОС (OSI - Open System Interconnection) ввела семь уровней протоколов. Сетевым протоколом называют систему соглашений по обмену данными между источником и приемником информации. Предварительное определение последовательности передачи и форматов передаваемой информации является необходимым условием ее осуществления.

Необходимы также порядок и вид подтверждения реализации передачи. Эти соглашения между объектами, которые пересылают информацию через локальный интерфейс протоколам нижнего уровня, пока не будет достигнут физический уровень, обеспечивающий передачу через физическую среду - телефонную линию, модемную или спутниковую связь и др., составляют семиуровневую систему протоколов МОС:

Уровень	Назначение протокола
1. Физический	Обеспечение передачи аналоговых сигналов, задание параметров сигналов, физических свойств линий связи и их соединений
2. Канальный	Задание правил управления режимом работы канала передачи данных (правил коллективного использования физического уровня)
3. Сетевой	Правила сетевой маршрутизации, т.е. определения (выбора) маршрута передачи сообщения
4. Транспортный	Правила разбиения данных на пакеты и компоновки сообщения из пакетов
5. Сеансовый	Установление порядка поддержания сеанса связи между программами
6. Представления	Согласование форм представления информации, сжатия и кодирования данных
7. Прикладной	Обеспечение интерфейса с пользователем: передачи файлов, заданий, сообщений, доступа к базам данных и т.п.

Рекомендации и протоколы МОС упорядочивают процесс развития сетей всех уровней, от малых и больших ЛВС до глобальных и сетей общественного пользования, таких как Интернет. При этом уровни 5-7 могут рассматриваться как уровни сетевой обработки информации по единым правилам. Первые уровни 1-4 упорядочивают правила, по которым осуществляется передача в сетях. Например, для второго канального уровня МОС рекомендует протокол HDLC, по которому блок информации оформляется в последовательности:

Другим распространенным протоколом МОС является протокол X.25, определяющий структуру сообщения с терминального оборудования сети и регламентирующий перемещение пакетов по сети или по нескольким объединенным сетям.

Сетевое ПО. КС функционируют под управлением базового ПО данного компьютера и сетевого ПО. Сетевое ПО управляет доступом к сетевым ресурсам, информационными потоками в сети и т. п., обеспечивая своим абонентам коллективное использование файловых (БД, БЗ и др.) ресурсов сети.

Первой сетевой системой программного интерфейса была разработанная фирмой IBM в 1985 г. сетевая базовая система NetBIOS, которая обеспечила пользователя средствами доступа к сетевым ресурсам, включая ресурсы индивидуальных рабочих мест. В настоящее время сетевая операционная система NetWare фирмы IBM, поддерживающая широкую номенклатуру вычислительных, аппаратных и сетевых средств, наиболее популярна. Ее широкое распространение поддерживается соответствующими системными платами, которые выпускают более полутора сотен фирм.

В большинстве ЛВС для обеспечения доступа пользователей к файловым и другим ресурсам сети используется системы типа «клиент - сервер» с централизованным файловым сервером на основе мощного ПК. Пользователь с помощью сетевого ПО обеспечивается на своем рабочем месте свободным доступом к ресурсам сервера и любого рабочего места ЛВС.

Интернет и Интранет. Глобальная компьютерная сеть Интернет, объединяющая информационные ресурсы множества КС и отдельных компьютеров, предоставляет их всему мировому сообществу на основе пользовательского интерфейса World Wide Web (WWW - Всемирная паутина). Гипертекстовая технология, созданная в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария), с удобной системой гиперсвязей, стала активно развиваться с появлением браузеров - программ поиска и просмотра Web-страниц (файлов Web-сети).

Страницы содержат текстовую, графическую, звуковую музыкальную и речевую информацию, размещенную в любой географической точке мира на ЦВМ любого типа, подключенной к Интернету. Каждая страница имеет универсальный указатель ресурсов - URL (Universal Resource Locator), называемый чаще Web-адресом. Перед адресом указывается имя протокола, например http //, затем указывается имя домена (ЭВМ Web-сети) и путь к информации.

Интранет является ЛВС-аналогом Интернета. Она полностью подобна сети Интернет, но к нему не подключена. Организация, базирующаяся на Интранет, может использовать Web-серверы, но только для пользователей своей ЛВС. Обслуживание при этом сохраняет тот уровень, что и в Интернете. Так осуществляется унификация ЛВС.

Сервер (как в Интернете, так и в любой региональной сети типа Интранет) передает информацию на основе протокола HTTP (Hypertext Transport Protocol - протокол передачи гипертекста). В качестве стандарта глобальных информационных сетей используется TCP/IP-протокол. TCP управляет разделением передаваемой информации на пакеты, а IP - перемещением информации по сети.

К ресурсам Интернета, помимо основного - WWW, относятся электронная почта, конференции, чаты и средства передачи файлов. Электронная почта предназначена для адресной передачи файлов и писем от пользователя к другому пользователю. Большая скорость передачи и незначительные расходы делают ее особенно востребованной пользователями сети.

Сетевая конференция представляет собой публичную переписку по той или иной теме, в которой может принять участие любой желающий. В Интернете можно найти конференцию практически на любую тему.

Чат обеспечивает письменное общение «в прямом эфире» с любым человеком (или группой людей) в мире в режиме реального времени.

Для получения файлов, хранящихся в Web-узлах, создана специальная служба и FTP-протокол для передачи файлов. ПО этой службы состоит из программы FTP-клиента у пользователя и FTP-сервера на FTP-узле. В нем (узле) имеется общедоступный архив, доступ к которому возможен через программы просмотра WWW или, в более простом варианте, посредством программы FTP-клиента.

Нанотехнологии

Факты. Далеко не полный перечень крупных событий истории вычислительной (и не только вычислительной) техники включает три даты - 1928, 1982 и 1985 гг. (см. выше), когда были заложены основы бурно развивающейся индустрии нанотехнологий. Будущее вычислительной техники принадлежит новейшим нанотехнологиям, элементы которых уже используются в некоторых компонентах ПК и периферийных устройств. Особенность нанотехнологий определяют пространственные размеры элементов, соизмеримых с размерами клетки, молекулы, атома. Согласно «рабочему» определению профессора МГУ Г. Г. Еленина,

«нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами».

Сканирующие микроскопы позволили не только увидеть и изучать атомную структуру поверхностей монокристаллов, полупроводников, органических молекул и т. п., но и конструировать наноструктуры: с помощью «движений острием микроскопа удается создавать атомные структуры».

Нанотехнологии применяются для синтеза молекул новых веществ, конструирования, скажем так, «сверх-сверх» миниатюрной элементной базы ЭВМ следующих поколений, создания медицинских инструментов для локального «ремонта» органов, точной доставки лекарств и уничтожения вирусов, управления ядерными реакциями и др.

Наше нанотехнологическое будущее: пост[20] в стиле «фэнтези». «Наноэлектронный рай» - такое название теме своей статьи дал ее автор, описавший общедоступным слогом то будущее, которое ожидает нас в этом столетии, начиная с его первой четверти[21].

Поскольку нам посулили «рай», вспомним «Великого Данта» (Пушкин):

Земную жизнь пройдя до половины

Я очутился в сумрачном лесу.

Утратив правый путь во тьме долины. Данте. Ад

В этом «посте» рассматривается влияние НТР и информационных технологий на гуманитарные науки. Пользуясь, в основном, материалом статьи К.Ушакова, непредубежденно взглянем на наше близкое будущее, которое с едва заметной иронией обстоятельно описано автором-гуманитарием. И это будущее уже с середины 80-х гг. прошлого столетия сопряжено с надвигающейся наноиндустриальной революцией.

Уже давно по Москве ползли слухи о чудесах микромира, о новых «подводных лодках кровяного русла», которые меньше эритроцита и потому могут пробираться в самые дальние уголки нашего организма и что-то там ремонтировать. И еще много чего другого из дальних и ближних конференций и лабораторий «Штатов» и «Японии», да и из российских, приносили и приносят восторженные ученые. Они нашептывают «новости» друг другу и улыбаются при этом вполне двусмысленно.

Нанотехнология - это развитие информационной технологии на новой технической основе, а также - понятие, применимое к «научно-техническому, производственно-экономическому, а с некоторых пор и социально-политическому явлению, популярность которого в последние годы стремительно возрастает, продолжая, правда, оставаться до поры до времени в пределах, не выходящих за границы общественного спокойствия».

Драма конструирования нанотехнических устройств развертывается на уровне клетки, молекулы, атома, фотона. Что собой представляют «нанорасстояния» и «нановремен-ные отрезки»?

Греческое слово nanos - карлик - используется для образования наименования одной миллиардной доли какой-либо единицы - нанометр (это единица с девятью нулями) от метра, наносекунда от секунды и т. д.

Легко ли представить себе миллиард? Да это «всего лишь» кубический миллиметр от кубического метра (квадратный метр миллиметровой бумаги содержит миллион квадратиков со стороной в один миллиметр). Можно представить себе «объемную» миллиметровку. Осталось «только сжать» до размеров CD и получить «гигабит». Вставив «в счет» шесть граней, восемь вершин и двенадцать ребер каждого миллиметрового кубика, получим гигабайты. Нанотехника «сжимает» наш образ миллиарда до размеров клетки и крупной молекулы.

Но этот размер - это образ, характеризующий уже сегодняшние технологии. В нанотехнологии для характеризации размеров, например, памяти, используются «тера наименования». Греческое слово teras - чудовище (!) - используется для наименования кратных единиц в тысячу миллиардов раз больше исходной единицы.

Терабайт - это тысяча гигабайт. Современный «винчестер» мультимедиа ПК - это несколько десятков гигабайт, а большая ЭВМ, обслуживающая территорию крупного нефтеносного района имеет память объемом несколько терабайт.

Образ «объемной миллиметровки» представляется в трехэтажный дом десять на десять и на десять метров. Теперь «сожмем» его до размеров биологической клетки. Таков терабайт памяти.

Историю нанотехнологий начал физик-теоретик Георгий Анатольевич Гамов (1904-1968), с 1934 г. работавший в США над теорией альфа-распада. Именно его решение уравнения Шредингера открыло явление туннели-рования - преодоление энергетического барьера частицей, энергия которой ниже энергетического барьера. Путь следующих за ним первооткрывателей нанотехнологий устлан Нобелевскими премиями за создание туннельных диодов и нанотехники на их основе.

Стремительное развитие нанотехнологий отмечается не только международными конференциями, но и миллиардным финансированием, десятками проектов, распространением исследований и проектов в десятках стран, сотнях фирм - дело идет к созданию новой отрасли экономики с оборотом около двух десятков миллиардов долларов в год.

«Нанотехнологии могут полностью изменить среду обитания человека». Нанороботы-врачи будут «жить» в организме человека, устраняя в нем малейшие «неисправности». Они могут дать человеку бессмертие, оживить «криозаморо-женных» и совершать другие медицинские чудеса. Предметы быта и пища будут «собираться» непосредственно из атомов и молекул в домашних агрегатах, так что в магазин ходить не нужно. «Сельские» нанороботы воспроизведут биохимические процессы организма и смогут производить прямо «из травы» мясо, молоко и что угодно, «минуя корову» (CIO, 113).

Нанобиология воссоздаст вымершие организмы и создаст новые, которые не могут быть произведены эволюционным путем (отбором). Земля станет чистой за счет работы нанороботов-санитаров. А в космосе будут работать нанороботы-монтажники, собирающие космические станции из «подручных» материалов - комет и метеоритов.

Компьютеры будут строиться не из плоских, а из объемных микросхем. Активные элементы станут не более молекулы, частота работы этих элементов достигнет терагерцевых значений. Емкость памяти белковых молекул будет измеряться «терабайтами». Человеческий интеллект сможет «переселиться» в компьютер. Апофеозом НИР станет создание «разумной среды обитания», «исключительно комфортной для человека».

 

Вопросы

Какие технические решения в области архитектуры персональных компьютеров способствовали их массовому распространению?

Какие свойства ПК и программных средств ПК дают возможность пользователю не зависеть от смены моделей ПК и смены версий программных систем по мере их совершенствования?

Какова структура и уровни системы протоколов Международной организации стандартизации (МОС)?

К какому уровню принадлежит распространенный, в том числе в глобальной сети Интернет и локальных сетях Интранет, стандарт протоколов TCP/IP?

Дайте определение нанотехнологии?

 

Литература

Аладьев В.З., Хунт Ю.Я., Шишаков М.Л. Основы информатики: Учеб. пособие. М., 1998.

Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. СПб., 2003. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC: Энцикл. СПб., 2003.

Еленин Г. Г. Нанотехнологии, наноматериалы и наноустройства // Новое в синергетике: Взгляд в третье тысячелетие. М., 2002.

Информатика: Базовый курс: Учеб. пособие для вузов / Под ред. С. В.Симановича. СПб., 2004.

Комер Д. Принципы функционирования Интернета. СПб., 2002.

Ушаков К. Наноэлектронный рай // CIO: Chief Information Officer (Руководитель информационной службы). 2003. №2 (12).