Міжнародні інформаційні системи

Побудова моделі є предметом спеціальних дисциплін, в рамках яких безпосередньо вивчається дане явище. Вибір того чи іншого методу моделювання визначається спеціалістами відповідних областей науки та практики. Інформатика ж надає методологічні основи реалізації моделей за допомогою обчислювальної техніки.

В суспільних науках дуже часто теорія базується на узагальненні багаторічного практичного досвіду, систематизації різних теоретичних рішень, накопиченню та осмисленню експериментальних даних. Тому в даному випадку задача моделювання полягає передусім у створенні математичного апарату частіше за все для опису суспільних процесів та розробці методології його застосування для вирішення конкретних задач, що виникають в органах соціального управління.

Використання методів математичного моделювання в широкому значенні, тобто суспільних процесах, завжди привертало велику увагу вчених та практиків. Так, велику кількість робіт з математичного моделювання було зроблено в різних областях економіки та соціології.

Незважаючи на всю важливість та необхідність соціально-математичних моделей міжнародних відносин треба відзначити, що всі вони мають значні обмеження. Головне - це відсутність у вхідних (тих, що прогнозуються, оптимізуються) показниках моделі стратегічних цілей міжнародного розвитку: формування дійсно гуманістичних відносин в окремих країнах та суспільстві в цілому, всебічний розвиток особистості тощо. В соціально-математичних моделях слабо відображені також кінцеві цілі міжнародної політики, кінцеві соціально-економічні показники: ступінь задоволення матеріальних та духовних потреб населення країн. Крім того, в механізмах, що моделюються, недостатньо враховуються особливості духовної (перш за все, політичної) поведінки населення. Очевидно, що для вивчення процесів підсилення соціальної орієнтації політики та розвитку в цілому всієї сфери міжнародних відносин, використання тільки математичного моделювання абсолютно недостатньо. Однак, математичне моделювання власне соціальних та політичних процесів поки що не отримало належного розвитку.

Як відомо, підвищення ефективності управління міжнародними процесами передбачає науково обгрунтоване прогнозування, що дозволяє передбачити реакцію в поведінці людей на рішення, що готуються, а також знаходити варіанти рішення, оптимальні з точки зору його політичних наслідків. Однак, традиційні методи прогнозування не дають можливості врахувати в достатній мірі комплексний характер реальних процесів, взаємозв'язок великої кількості істотних міжнародних факторів, тому інформаційною базою прогнозування зараз, в основному, є емпіричні соціальні дослідження - вельми трудомісткі та направлені за необхідністю на дослідження тільки невеликої кількості найбільш значущих факторів.

Математичне ж моделювання міжнародних процесів спроможне значно збільшити віддачу від соціологічних та інших соціальних досліджень та сприяти проведенню науково-обгрунтованого прогнозування та прийняттю оптимальних рішень в сфері управління міжнародними процесами.

Можна вказати на три основні цілі математичного моделювання міжнародних процесів, які повинні бути реалізовані найближчим часом.

Першою і головною метою є створення моделі соціального розвитку суспільства для прогнозування, планування та управління міжнародними процесами.

Доцільно, мабуть, починати роботи по соціальному моделюванню з побудови загальної моделі суспільного відтворення життя, а потім розробляти моделі окремих підсистем, поступово їх деталізуючи. Поряд з цими пріоритетними напрямками роботи, необхідна також розробка окремих моделей тих чи інших міжнародних процесів, що представляють теоретичний або практичний інтерес для міжнародних органів управління.

Другою ціллю є створення нового підходу до досліджень в суспільних науках, що базується на математичному моделюванні, комп'ютеризованому експерименті. Такий підхід підвищить ефективність досліджень в області суспільних наук, забезпечить наукову обгрунтованість соціальних прогнозів міжнародних відносин.

Третя ціль направлена на розробку "інтелектуальних" експертних систем, що забезпечують підтримку рішень за умови, коли відсутні "жорсткі" моделі, а також на створення комбінованих систем, які складаються з різних моделей, і впровадження цих систем в практику міжнародних відносин.

В останні роки як у нас в країні, так і за кордоном все ширше використовується нова технологія наукового дослідження : імітаційне моделювання об'єкта, який вивчається, на ЕОМ, суть якого полягає в проведенні обчислювальних експериментів з моделлю об'єкта та ціленаправленому зборі інформації, якої не вистачає. Ця технологія показала свою високу ефективність, наприклад, в фізиці, хімії, біології та ін. Можна стверджувати, що використання цієї технології для різних міжнародних проблем, що виникають в суспільстві, особливо необхідно.

Це пов'язане, по-перше, з більш високою складністю та багатофакторністю соціальних явищ, численністю взаємозв'язків міжнародної сфери, що створюють великі труднощі в розробці достатньо повної моделі об'єкта. По-друге, з труднощами, а часто і неможливістю проведення експериментів на реальних соціальних об'єктах, що призводить до необхідності розробки їх моделей на ЕОМ та проведення обчислювальних експериментів.

Нарешті, створення імітаційної моделі соціального об'єкта міжнародних відносин з використанням знань, накопичених на даний момент; проведення експериментів на такій моделі дозволить виявити основні керуючі фактори для об'єкта, що вивчається, та зрозуміти, якої саме інформації не вистачає для більш точного прогнозу щодо його проведення. Модель, таким чином, виступає в якості основи планування емпіричного етапу дослідження; вона дозволяє оптимізувати збір інформації, зосереджуючи ресурси на вивченні найбільш важливих показників, та тим самим дає змогу суттєво підвищити ефективність досліджень, що проводяться. Звичайно, при вивченні соціальних міжнародних процесів не треба все зводити до імітаційного моделювання. В загальному випадку можуть застосовуватися різноманітні теоретичні моделі. Вибір та характер конкретного виду моделі залежить від цілі дослідження та від можливостей тієї чи іншої моделі найбільш оптимально відобразити реально існуючі соціальні міжнародні явища.

Облік соціальних факторів в повному обсязі ускладнює побудову теоретичних моделей та моделей міжнародних процесів і робить їх найбільш складними, наприклад, в порівнянні з економіко-математичними моделями. Однак, застосування багатоваріантних розрахунків на ЕОМ, комбінація декількох типів моделей дає можливість отримати найбільш повну уяву про характер явищ, що досліджуються, а це виключно важливо для здійснення ефективного управління соціальними процесами міжнародних відносин.

Розділ 5. Спеціалізовані гібридні міжнародні інформаційні системи

Структура і застосування інформаційних систем типу ТЕЛЕТЕКС та ТЕЛЕТЕКСТ

За рекомендацією МККТТ термін "Телетекс" привласнений новому виду обслуговування, в основі якого лежить принцип обміну кореспонденції між пристроями електронної пам'яті на автоматичній основі. Головне призначення цього виду обслуговування пов'язують із якісним поліпшенням роботи адміністративно-управлінського апарату. Переслідується мета прискорити підготування службових текстів і їхньої передачі адресату. Система Телетекс також являє собою різновид електронної пошти. Вона дозволяє працювати з терміналом системи як із звичною друкарською машинкою, обмінюватися інформацією між абонентами. Повідомлення запам'ятовуються в локальних пристроях пам'яті та передаються між системами пам'яті в автоматичному режимі.

Обладнання, що знаходиться у користувача, складається з набору пристроїв, за допомогою яких користувач системи передає і приймає текстові повідомлення. До цього набору входить клавіатура, дисплей, принтер, що об'єднані в термінал. Крім термінала, користувач має можливість готувати тексти за допомогою системи обробки текстів, запам'ятовувати передані та одержані повідомлення в системі пам'яті, наприклад, на магнітних дисках. Головною вимогою до термінального обладнання є надання користувачу максимуму свободи у підготуванні текстів для поштового (електронного) відправлення.

Для здійснення з'єднання із потрібним адресатом і для прийому повідомлень необхідні набір правил та пристрої, що здійснюють зв'язок користувача з адресатом через мережу. Ці функції в кінцевому обладнанні користувача виконують блок інтерфейсу, буферна пам'ять, апаратура передачі даних. Пам'ять термінала необхідна для того, щоб прийняте повідомлення не переривало роботу оператора, а також для суміщення різноманітних швидкостей процесу друкування повідомлень.

Повідомлення в системі Телетекс передаються зі швидкістю 2400 біт/с. Сторінка тексту розміром А4 містить за стандартом цієї системи 1500 знаків. Кожний знак кодується 8-елементними кодовими комбінаціями, тому одна сторінка тексту передається за 5 с. З огляду на те, що середній обсяг ділового листа дорівнює приблизно 1,5 сторінкам, такий лист у системі (із врахуванням міжсторінкового інтервалу і службових повідомлень) передається за 10 с.

Для створення автоматичного режиму та ефективного використання лінії зв'язку кінцеві пункти працюють, як і в звичайних мережах, за протоколами. Для служби Телетекс розроблені чотири рівні з'єднань (фізичний, канальний, мережевий і транспортний), що дозволяють працювати в мережах різноманітного типу: телефонної спільного користування, із комутацією каналів і з пакетною комутацією. Основні правила роботи утримуються в рекомендації $70.

Важливим моментом у роботі системи Телетекс є його сумісність із системою Телекса. Для цього розроблені процедури перетворення коду з 8-елементними комбінаціями в код із 5-елементними комбінаціями і швидкістю 2400 у 50 біт/с.

Службовий сигнал у системі Телетекс, що посилається адресату з метою переконатися, що останній може прийняти повідомлення, складається з декількох кодових слів: ідентифікатор термінала відправника, ідентифікатор термінала, що викликається, дата і час передачі, додаткова службова інформація - усього 72 біта.

Відомо, що служба Телетекс поступово витискує традиційну службу Телекса: до 1990 р. число користувачів служби Телетекс у світі перевищило число користувачів служби Телекс.

Система Телетекст призначена для передачі даних (тексту, таблиць) разом із телевізійними сигналами по одному каналу. Ця система як би вмонтована в звичайну телевізійну систему. Її принцип заснований на тому, що при передачі телевізійних зображень сигнал має інтервали, зумовлені його спеціальною структурою: при рядковій розгортці промінь після прокреслення рядка повинен повернутися у вихідну позицію - на початок наступного рядка. Це відбувається 625 разів на секунду. Крім того, телевізійний напівкадр повторюється 50 разів у секунду через визначені інтервали. Проміжки часу, що пустують, у телевізійному сигналі можна використовувати для передачі тексту.

В англійській системі Телетекст, протягом рядкового інтервалу передається рядок тексту в 360 біт. У одну секунду передається 100 таких рядків, що призводить до швидкості передачі тексту 36 Кбіт/с. З такою швидкістю один рядок тексту можна передати за 0,24 с. Таким чином, на телецентрі можна синтезувати телевізійний сигнал із телевізійного зображення і текстові сигнали. Звичайно сторінки тексту передаються один за одним, а коли закінчується інформаційний матеріал, передача повторюється.

В цілому роботу системи можна уявити таким чином. Уявіть собі телевізійний приймач, що виконаний у вигляді двох частин: високочастотний блок до детектора (одна частина) і відеопідсилювач із системою розгортки і телевізійної трубки (інша частина). Щоб дивитися звичайну телевізійну передачу, з'єднаємо ці частини приймача кабелем і одержимо телевізор. Можна між двома названими частинами приймача вставити спеціальний блок-приставку, що містить пристрій вибору тексту, яка дозволяє за допомогою набраного на клавіатурі коду позначити потрібну сторінку, що пробігає по екрані, і ввести її в буферну пам'ять. Цифровий відеоперетворювач здійснює операцію перетворення цифрових сигналів у відеосигнали, що зображують текст на екрані телевізора. Під час перегляду тексту телевізійне зображення відсутнє. Вибрана вами сторінка тексту буде повторюватися (тобто утримуватися на екрані) стільки часу, скільки необхідно.

Система Телетекст дозволяє організувати службу - електронну газету, коли по так названому "текстовому" каналі безупинно передаються статті з газет і часописи. Крім газет у системі можуть передаватися рекламні повідомлення, метеорологічне зведення, новини, що передаються по радіо, оголошення.

У самій назві цього виду обслуговування - електронна пошта - розкривається його зміст: використання електронних методів передачі та обробки інформації для обміну кореспонденцією за аналогією з поштою - пересилка друкованих матеріалів, графіків, ділових документів, фотографій, таблиць, газет, часописів. І усе ж в електронній пошті укладене щось більше.

Розглянемо фрагмент творчої діяльності ученого або фахівця при підготовці і виданні його наукових праць. Фахівець працює за терміналом у себе в установі або вдома, маючи доступ через мережу передачі даних до колег та інших організацій. Зрозуміло, він користується базами даних установ як у себе в країні, так і за рубежем. Фахівець працює над науково-технічним звітом, статтею або книгою, беручи з електронної пам'яті свого персонального комп'ютера або ж пам'яті комп'ютера, що знаходиться на обчислювальному центрі установи, зроблені раніше записи, фактографічні дані. У процесі роботи фахівець переглядає на екрані термінала графіки, малюнки, вибірки з робіт, реферати, накопичені у власній базі даних. Користуючись системою редагування текстів, він готує варіант своєї роботи і відправляє його (текст) своїм колегам у їхні бази даних (поштові скриньки) із проханням висловити зауваження.

Колеги через якийсь час пересилають свої зауваження по системі електронної пошти в електронну поштову скриньку автора, тобто в його персональну базу даних, доступну для зовнішнього світу. Автор коректує свою роботу, редагує текст і відправляє його по каналу зв'язку у видавництво із відповідним супровідним листом , повідомивши свій пароль. Видавництво має також можливість відправити на рецензування роботу автора в електронній формі. Приблизно так за допомогою електронної пошти і баз даних може бути підготовлений та укомплектований черговий номер наукового часопису або праць конференції. Усе це очікує нас у найближчому майбутньому.

Електронна пошта являє собою службу безпаперових поштових відносин і фактично є системою збору, обробки і передачі документальних повідомлень по телефонних мережах та мережах передачі даних. Концепція електронної пошти не є новою. Телеграфна служба, факсимільний зв'язок і система телекса є складовими електронної пошти і в деякому змісті - її попередниками. До речі, система телекса в даний час функціонує в 100 країнах і обслуговує в цілому біля 800 тис. абонентів. Багато якісно нового внесло використання в системі електронної пошти мікропроцесорів.

Отже, електронна пошта - це система поштових відносин між людьми та організаціями, заснована па використанні засобів інформатики і електронних засобів зв'язку. Вона є принципово новим видом послуг, забезпечуючи учасникам інформаційного обміну поєднання ряду таких переваг, як подолання бар'єра відстані за дуже короткий час у порівнянні з традиційною поштою, незалежність обміну від часу, відсутність паперу. Принцип роботи електронної пошти складається в тому, що користувач з термінала у будь-якій організації або вдома може передавати повідомлення, вказавши список адрес осіб або організацій, кому воно призначено.

Це повідомлення направляється в комп'ютер, який після необхідного сортування повідомлень відповідно до адрес, спрямовує його в електронну поштову скриньку (файл) адресата або адресатів. При регулярному перегляді своїх файлів користувач системи може виявити повідомлення, що прийшли на його ім'я. Якщо користувач бажає передати оригінальний матеріал (документ із підписами, графіки і т.п.), до його послуг факсимільний зв'язок.

Обмін літературою і даними по каналах зв'язку можливий як між бібліотеками, так і між інформаційними центрами. Електронна пошта дозволяє складати спільними зусиллями каталоги, видавати довідкові матеріали.

Вона, де-факто, створює передумови для масового впровадження безпаперової технології в людські відносини. Уся інформація, що бере участь в обміні, зберігається в пам'яті комп'ютерів, а на папір виводиться тільки потрібна інформація в необхідній кількості примірників.

Для виконання головних своїх функцій електронна пошта повинна мати у своїй структурі комп'ютер, пам'ять на магнітній стрічці або дисках, факсимільні апарати, пристрої зчитування зображень і пристрої друку (мал. 33).

Можна припустити, що в недалекому майбутньому електронна пошта може цілком замінити доставку усієї інформації установ та організацій. Отже, до безсумнівних переваг електронної пошти як виду обслуговування можна віднести:

· оптимальне використання робочого часу відправника та одержувача інформації;

· не потрібна присутність одержувача на іншому кінці лінії;

· передача інформації здійснюється незалежно від відстані між абонентами;

· доступ до електронної поштової скриньки не ускладнений, тому що розрахований на використання мереж спільного користування і терміналів, що знаходяться в установах, відділеннях зв'язку, готелях, клубах, магазинах вокзалах і т.п.;

· передача будь-якого виду інформації, включаючи фінансові документи, креслення, ділові листи.

У США розроблена система електронної передачі поштових відправників Е-СОМ (Electronic Computer Originated Mail), основу якої складає система СВМS (Computer Based Message System). В якості середовища, що передає, використовуються мережі передачі даних Туmnet, Теlеnеt, Uninet, до яких підключені відділення. У абонента системи Е-СОМ є своя електронна поштова скринька в поштовому відділенні - сегмент пам'яті в спільному полі пам'яті комп'ютера поштового відділення. Набираючи код свого ящика, абонемент на своєму терміналі переглядає зміст ящика, куди можуть надійти різноманітні документи, рахунки, креслення, листи. Передане мовне повідомлення також може бути записане в цифровій формі і відтворено одержувачу. Швидкість передачі даних у цій системі невелика - від 110 до 1200 біт/с.

У Західній Європі розробляється декілька систем для збереження та електронної передачі друкованої інформації. Для великих видавництв Springer, Elsevier, Pergamon Press, Willey Intern. , Blackwells Scientific розробляється система Аdonis, призначена для накопичення і передачі видань. Журнали, що випускаються фірмами, будуть записуватися на оптичні диски і користувачі системи по каналах мережі спільного користування зможуть переглядати журнали на дисплеї, вибирати потрібні фрагменти і роздруковувати їх.

Як логічно виправдана тенденція очікується злиття різноманітних засобів електронної пошти в інтегральні мережі. Як приклад, можна привести мережу Ассеss System фірми Western Union, що забезпечує сумісність мереж телефону, телекса, факсимільного зв'язку і мікропроцесорних систем. У США в цю систему уже входить приблизно 140 тис. терміналів служби телекса. Автоматизовані довідкові системи з виведенням тексту на екрани терміналів і телевізори за телефонним запитом є вже в ряді країн: Prestel в Англії і США, Теlidon у Канаді, Сарtain у Японії, Аntiope і Теlеnеt у Франції, Вildschirmtext у ФРН, Тeleset у Фінляндії.

Розділ 6. Інформаційно-обчислювальні мережі

Комп'ютерні мережі та еволюція їхнього розвитку

Можна без перебільшення сказати, що як в свій час залізнична мережа з'явилася практичним наслідком промислової революції, так і комп'ютерні мережі передачі даних є результатом інформаційної революції і в майбутньому вони зможуть утворити основний засіб комунікації. Ці мережі - один з яскравих прикладів реалізації інформаційних технологій: в них поєднується як різноманітного роду апаратура по зберіганню, обробці та передачі інформації, так і різноманітні види обслуговування (інформаційна служба, Телетекс, Відеотекс, телеконференції, електронна пошта).

Мережі з'явилися в результаті творчого співробітництва фахівців з обчислювальної техніки та техніки зв'язку і є зв'язуючою ланкою між базами даних, терміналами користувачів і комп'ютерами Число користувачів мереж росте швидкими темпами: в 1985 році в діалоговому режимі воно досягло 20 млн

Швидко розвивається технічна база мереж. Окрім телеграфних апаратів на кінцевих пунктах мережі з'явились комп'ютери, факсимільні апарати, бази даних. До провідних і кабельних каналів додалися супутникові та волоконно-оптичні. В майбутньому можна очікувати створення глобальної багатофункціональної системи передачі та обробки інформації.

Можливо вважати, що розвиток комп'ютерних мереж зможе докорінно змінити систему правління, полегшити обмін науковими знаннями, пошук інформації, вдосконалити розповсюдження друкованих матеріалів, торгівлю та багато іншого.

Комп'ютерні мережі не дублюють наявну розгалужену комутаційну мережу телефону і телеграфу. Не дивлячись на гігантські розміри світової телефонної мережі, остання не може впоратися із зростаючим інформаційним потоком, особливо ділової інформації. Це навантаження беруть на себе комп'ютерні мережі, що є новим кроком в розвитку інформаційних технологій.

На сучасні комп'ютерні мережі лягає навантаження по передачі та обробці даних в багатьох галузях людської діяльності на національних і міжнародних рівнях Сюди відносяться виробництво, управління, торгівля, банківська діяльність, міжурядові зв'язки, матеріально-технічне постачання, розшук злочинців. Крім того, мережі об'єднують бази даних для наукових досліджень, дозволяють здійснювати резервування квитків в глобальному масштабі (включаючи авіацію, залізницю, морський транспорт), збирають дані про стан навколишнього середовища.

Відносно трафіка мереж існують оцінки, що міжнародний обмін даними може скласти від 10¹⁰ до 10¹¹ знаків в рік. Що стосується можливостей телефонної мережі, то її використання для передачі даних обмежується робочою швидкістю (не більш 9600 біт/с), порівняно більшим часом сполучення в довгу лінію, значними помилками із-за взаємних перешкод, низької якості ліній, їх завантаженості телефонними переговорами. Для діалогу терміналів необхідна швидкість передачі 2400 біт/с з допустимою помилкою порядку 10^-5, при передачі масивів даних (файлів, програм) бажана швидкість порядку 1 Мбіт/с при допустимій помилці10^-10.

Саме вимоги до високої надійності даних, що передаються, і великої швидкості передачі викликали перехід до мереж телекомунікація, розроблених спеціально для передачі даних, причому в таких мережах на кінцевих пунктах оператор заміщений комп'ютером.

Потреби в отриманні інформації в світі ростуть неймовірно швидко. Наукові дослідження, урядові та комерційні організації постійно потребують доступу до інформації, що акумулювалася. Отримання інформації від спеціалізованих бібліотек і баз даних вимагає візиту до них або ж використання поштових послуг. Комп'ютери і телекомунікаційні засоби, об'єднані в мережі, дадуть можливість миттєвого доступу до світових спеціалізованих баз даних практично з будь-якого місця земної кулі.

Мережі передачі даних звичайно характеризуються параметрами, що показують їхні можливості: видами інформації, що передається (промова, дані, зображення), ефективністю передачі коротких повідомлень, вартістю передачі одиниці інформації, відсутністю помилок, можливістю пріоритетного обслуговування, гарантією недоторканості інформації і таємністю.

Стандартизацією функціонування мереж займаються МККТТ і Міжнародна організація по стандартизації.

Комп'ютерні мережі. Технологія передачі даних.

В даному розділі, розглянемо найбільш істотні питання, пов'язані з функціонуванням мереж передачі даних.

Мережі передачі даних великої довжини, як правило, мають змішану структуру, щоб інформація з одного пункту мережі в інший могла увійти по декільком маршрутам. При організації мережі будь-якої конфігурації (мал. 34) відбувається сполучення комп'ютерів і засобів передачі даних в єдину систему. Кінцеве обладнання даних (КУД) - Data Terminal Equipment (DТЕ) - може бути і комп'ютером, і простим терміналом. Апаратура передачі даних (АПД) - Data Cirquit Terminal Equipment (DСЕ) - завершує лінію доступу з боку обладнання комутації даних. Комунікаційна машина (КМ) - Data Switching Exchange (DSЕ) - здійснює функції комутації даних.

Сполучення терміналу або комп'ютера з мережею вимагає відповідного обладнання (мал. 35). В поняття сполучання входять як апаратні, так і програмні засоби. В якості апаратних засобів з'єднання між комп'ютером і мережею може використовуватися інтерфейсний процесор (Ш). Для з'єднання терміналу існує термінальний інтерфейсний процесор (ТІП), що часто виконує функції мультиплексування. Про програмне забезпечення ми скажемо трохи пізніше. Під з'єднання кінцевого обладнання з мережею розуміють стик між КУД і АПД функції вузлів комутації залежать від типу мережі та вибраного засобу комутації.

Термінальне та інше периферійне обладнання може бути віддаленим від комп'ютера, підключеного до мережі. В цьому випадку можуть використовуватися лінії телефонної мережі, при цьому необхідно застосування модемів як прикінцевих приладів лінії.

Якщо канал має обмежені можливості (це, як правило, саме так), а абоненти не бажають працювати по черзі, необхідно організувати паралельну роботу Наприклад, в каналі зі швидкістю 2400 біт/с можна надати роботу відразу восьми користувачам, обмеживши їх швидкість передачі до 300 біт/с. Таке ущільнення виконує мультиплексор.

У випадку надто розгалуженої мережі та наявності безлічі користувачів різних категорій крім мультиплексування потрібно вдаватися до об'єднання каналів у більші групи для передачі по широкополосним лініям (кабельним, супутниковим). Ці функції виконує концентратор (мал. 36)

Найбільш повно можна використати лінію зв'язку при пакетній комутації. Найбільш відомою мережею з пакетною комутацією є американська мережа Arpanet - АКРА Computer Network, розробка якої почалася в 1968 р. Пакетна комутація можлива тільки при цифровій передачі повідомлень, коли повідомлення, що кодувалося, можна розбивати на окремі інформаційні блоки фіксованої довжини. До кожного блоку додається службовий блок, що включає адресу доставки і декілька службових символів (сигнали контролю виклику, сигнали для виправлення помилок і інше). Пакети накопичуються (запам'ятовуються) і рушають за наявності в мережі шляху проходження На думку МККТТ, елементарний пакет - це група двоїчних знаків, що включає дані та службові символи, що комутуються як єдине ціле. Контрольні сигнали і сигнали для виправлення помилок розташовуються в пакеті в суворо встановленій послідовності.

Головна перевага пакетної передачі полягає в тому, що між відправником і одержувачем не встановлюється фізичне сполучення, а пакети від різноманітних користувачів мультиплексуються і по вільним в даний момент шляхам передаються в напрямку адресата. На приймальній стороні з пакетів збираються повідомлення. Максимальний розмір пакету, наприклад, в мережі Arpanet, рівний 1024 байт (мал. 37).

Комутаційний процесор (вузол) записує вхідні інформаційні пакети в пам'ять даних, де вони зберігаються до отримання підтвердження. Процесор перевіряє інформаційні пакети на наявність помилок, визначає адресу призначення і передає інформаційний пакет за наявності лінії до прикінцевого вузла.

Просування пакетів по мережі відбувається в формі "стрибків" на дільницях від одного комутаційного процесора до сусіднього. Якщо сусід приймає пакет (тобто якщо він вважає, що передача була вірна і є вільне місце в пам'яті), то він спрямовує назад квитанцію про успішну передачу пакету. Якщо квитанція не буде прийнята на протязі тайм-ауту (в мережі Arpanet це складає 125 мс), то передача пакету повторюється.

В мережі з пакетною комутацією лінії зв'язку можуть працювати з різними швидкостями передачі даних, тому на мережі лежить обов'язок погодження швидкостей. Дійсна швидкість передачі залежить від швидкості формування і передачі пакетів.

Перший крок в напрямку міжнародної стандартизації пакетної комутації був зроблений в 1976 р., коли була розроблена рекомендація МККТТ X. 25. Рекомендація встановлює спряження між мережею з пакетною комутацією і інтелектуальним терміналом, тобто між ПОД і АПД. В функції терміналу входить перетворення повідомлень користувача в пакети і навпаки, що називається процесом формування і розформування пакетів. Перші спроби створення мережі з пакетною комутацією були вжиті в Національній фізичній лабораторії в Великобританії в 1966 р., а в 1968 р. в США була почата розробка мережі з пакетною комутацією Arpanet.

Незалежно від засобу передачі інформації мережа як середовище, що зв'язує обчислювальні машини і термінали користувачів, включає концентратори, що об'єднують парціальні канали індивідуальних користувачів в загальний канал, інтерфейсні прилади, що зв'язують локальні мережі з великою мережею, прилади виходу на інші мережі; систему управління мережею і спеціальне обладнання, що забезпечує сервіс звернення до інформаційних ресурсів, несанкціонований доступ та інше.

З точки зору структури мережі як найбільш типової виявляється змішана зіркоподібна-кільцева структура, що надає мережі певну гнучкість і надійність. Вузлами мережі є мережеві комутатори. Термінали користувачів, як правило, об'єднуються з допомогою концентраторів в загальні канали і в такому вигляді підключаються до вузлів. На правах користувачів до мережі підключаються і інформаційні центри.

Формальні умови передачі інформації по мережі

Будь-який інформаційний контакт між людьми виконується у відповідності з певними правилами. Діалог, тобто двосторонній обмін інформацією, не може відбутися без процедурних правил, що визначають порядок обміну інформацією, передбачають виникнення помилок, перерв і т.д. В сучасних мережах домінуюче значення набула концепція "протокола" - формальної процедури взаємодії.

Необхідність розробки протоколів для взаємодії в мережі добре ілюструється прикладом з повсякденного життя - бесідою двох людей. Справа в тому, що для бесіди необхідно виконання цілої низки умов, що самі по собі розуміються. На мові теорії інформації спілкування можливо в "погодженій системі". Справді, необхідно, щоб обидві людини користувались однаковими фізичними апаратами для передачі та прийому інформації. При спілкуванні машин ці умови відповідають фізичному рівню протоколу взаємодії, що встановлює на цьому рівні погодженість в системі. Еквівалентом діалогу людей може бути діалог електричних апаратів, у яких середовищем спілкування служить мережа зв'язку. На фізичному рівні необхідно домовитися про тип електричних сигналів, про те, що вони означають, про точний сенс сполучень і т.п. Співрозмовники повинні користуватися одним і тим же словником. На машинному рівні це відповідає набору команд, що використовуються обома машинами для зв'язку. Більш високим необхідним рівнем для проведення бесіди є використання однакових законів об'єднання слів в фрази, тобто загальних конструктивних основ мови і граматики. Число рівнів можна продовжити. Існує, нарешті, рівень взаєморозуміння, коли домовляються про термінологію, що вживається, підбирають в співрозмовники людей одного рівня кваліфікації і т.д. Умови погодженої взаємодії в мережі комп'ютерів, терміналів, концентраторів і комутаційних вузлів формулюють в вигляді набору правил, об'єднаних Всесвітньою організацією по стандартизації в стандарт для певного типу мережі. Для різноманітного типу мереж існують різноманітні стандарти, наприклад, стандарт для телефонної мережі загального користування, стандарт X. 21 для комутуємої мережі передачі даних, стандарт X. 25 для мережі з пакетною комутацією і т.д.

Весь процес взаємодії систем в мережі, починаючи від команд для сполучення каналу і кінчаючи діалогом користувачів, можна уявити як ієрархію рівнів. Міжнародна організація стандартів розробила таку ієрархію з семи рівнів, тобто формалізовала всі можливі процедурні дії в мережі у вигляді упорядкованої ієрархічної системи, що складається з семи функціональних поверхів або рівнів. Правила взаємодії, формати даних і тимчасові співвідношення в межах одного рівня називають міжрівневим інтерфейсом. Таким чином, взаємодія в мережі на одному рівні визначається протоколом, а сусідні по вертикалі рівні взаємодіють один з одним через міжрівневий інтерфейс.

Кожний з семи рівнів має власний набір правил (протокол) і відповідну назву (в порядку ієрархії від вищого до нижчого):

7. Прикладний рівень (Application).

6. Представницький рівень (Presentaition)

5. Сеансовий рівень (Session).

4. Транспортний рівень (Transport).

З. Мережевий рівень (Network).

2. Канальний рівень (Data Link).

1. Фізичний рівень (Physical).

Задача кожного нижчого рівня, наприклад, N-1, полягає в забезпеченні функціонування більш високого рівня N.

Фізичний рівень - найнижчий - здійснює управління фізичним каналом, він визначає електричні та механічні характеристики підключення каналів зв'язку, тобто передача відповідних напруг і перетворення сигналів. Цей рівень забезпечує сервіс для наступного рівня управління інформаційним каналом.

Канальний рівень (рівень управління каналом) організує канал, стежить за його сполученням і роз'єднанням. Він забезпечує передачу даних через сполучення КУД - АПД.

Мережевий рівень виконує функції формування і маршрутизації інформації, її комутації і адресації, тобто управляє інформаційними потоками.

На транспортний рівень покладена відповідальність за управління транспортним сервісом, тобто за передачу даних від джерела до адресата. Названі чотири рівня визначають взаємодію комутаційних систем при проведенні діалогових сеансів, тобто транспортний сервіс в обчислювальній мережі.

Сеансовий рівень забезпечує проведення сеансів взаємодії між кореспондентами в мережі, підтримання сеансів зв'язку і їхнє закінчення. Він забезпечує діалоговий пошук інформації, передачу файлів.

Представницький рівень визначає функції перетворення і подання даних в потрібному форматі, інтерпретує взаємодію процесів, представляє дані у відповідності з програмою користувача, виконує трансляцію команд, запитів і даних.

Прикладний рівень відповідає за виконання програм користувачів, змістом яких можуть бути інформаційно - довідкові або обчислювальні роботи Він визначає функції взаємодії між прикладними процесами.

Необхідно ще сказати про розроблений МККТТ стандарт, який визначає взаємодію між кінцевим обладнанням даних КУД і апаратурою передачі даних АПД в мережі з пакетною комутацією. Цей стандарт відомий як протокол X. 25. Він охоплює протоколи трьох нижніх рівнів - управління передачею даних на фізичному, канальному та мережевому рівнях - і визначає основні вимоги до процедур транспортування пакетів між кінцевими пунктами мережі.

Міжнародна організація по стандартизації, а пізніше МККТТ визначили на основі розробленого раніше фірмою ІВМ протоколу інформаційного каналу міжнародний протокол управління інформаційним каналом, названий HDLC - High Level Data Link Control Procedure. Протокол рекомендований для використання в державних мережах передачі даних

Сучасні мережі передачі даних

Мережі передачі даних зв'язують користувачів з базами даних науково- технічної і патентної інформації, створюючи гігантську інформаційну систему, користуватися послугами якої мають можливість мільйони фахівців. В наш час інформаційно-обчислювальні мережі охопили промислове розвинені райони земної кулі, особливо США, Західну Європу і Японію. За даними англійської фірми Logica, тільки в Західній Європі знаходиться в експлуатації біля 150 мереж. Причини швидкого розвитку мереж передачі даних очевидні: по-перше, мережа дозволяє абоненту бази даних вести з нею діалог, не виходячи з своєї установи або з дому, по-друге, мережі дозволяють власникам комп'ютерів здійснювати інформаційно-обчислювальний сервіс, включаючи продажу за кордон своїх послуг. Завдяки мережам виникла реальна основа для вивчення інформаційної політики фірм і країн, що протягом найближчих років стане домінуючою частиною науково-технічного процесу.

Так, ще в 1978 західноєвропейські користувачі щомісяця витрачували біля 7 тис. годин термінального зв'язку на роботу з американськими базами даних і використання обчислювальних ресурсів США. Така можливість надавалася мережами Telenet і Tymnet. Експорт інформаційно-обчислювального сервісу США складав в 1980 році приблизно 5 млрд. дол. Тільки Канада оплачує на 1 млрд. дол. обчислювальні послуги, якими вона користується в США.

В 1980 р. приблизно 500 тис. терміналів було встановлено в Західній Європі і біля 1 млн. в США. Що ж стосується користувачів, що мають прямий доступ до баз даних, то їхня чисельність в Західній Європі переважала в той час 2.5 млн.

Як правило, національні мережі передачі даних швидко стають міжнародними, бо перехід з однієї мережі в іншу не є складною технічною задачею, а скоріше визначається інформаційною політикою.

В США функціонують багато мереж: до найбільш великих відносяться мережі Arpanet, Tymnet, Telenet, Cybernet, Infranet, DCS, РСІ, Nasdaq, Merit, Mark, TUCC. Однією з перших і найбільш широких в наш час мереж є мережа Аграпеї, що увійшла в експлуатацію в 1971 р. Мережа належить Агенції перспективних досліджень Міністерства оборони США (Advanced Research Project Agency). Розробка мережі з'явилася своєрідною реакцією науково-технічних кіл США на успіхи в СРСР, зокрема запуск першого радянського супутника. В розробці ідеологічних основ мережі як ланки, що інтегрує, в системі обчислювальних центрів відому роль зіграла фірма RAND Corporation, а взагалі в розробці мережі брало участь декілька десятків інститутів, фірм, університетів. Річні витрати при цьому складали біля 80 млн. дол.

Мережа налічує більш ніж 100 комутаційних вузлів і об'єднує безліч обчислювальних центрів, в складі яких знаходиться одна з самих великих у світі машин Illiac-IV. Всі комп'ютери цієї мережі (в основному ІВМ 360/14, 67, 75, 91, ІВМ 370/145, РDР-11/40 або 45) працюють в режимі розподілу часу і обслуговують користувачів, віддалених від комп'ютера інколи на декілька сотень кілометрів. Окрім 100 вузлів в США два вузла цієї мережі знаходяться в Європі - в Лондоні та Осло.

Мережа Arpanet працює з комутацією пакетів і в свій час стала для багатьох розробників мереж з пакетною комутацією своєрідним полігоном. У мережі використовуються низькошвидкісні комутуєм! канали і високошвидкісні орендовані канали (до 50 кбіт/с). Для зв'язку з Гавайськими Островами і Лондоном використовується супутниковий зв'язок. В мережі забезпечується таємність інформації, що передається. Витрати користувача мережі складають 0.28 дол. на 1000 повідомлень незалежно від відстані

Як продовження ідей, закладених при проектуванні мережі Arpanet, Агенція перспективних досліджень почала розробки мереж суто військового призначення - мережі глобального цифрового зв'язку Автодін - 2 і всесвітньої мережі військового командування і управління WWMCCS - World wide Military Command and Control System. На підставі досвіду, отриманого при розробці і експлуатації мережі Arpanet, американська фірма Bolt Barance & Newman розробила в початку 70-х років мережу Telenet.

В нинішній час мережа Telenet зв'язує 290 міст США і надає можливість підключення до баз даних, що знаходяться в 50 країнах світу. Як і багато інших інформаційно-обчислювальних мереж США, вона перетворилася в глобальну мережу.

Засіб пакетної комутації мережі отримав в США надто активну підтримку. Помітну роль в цьому відіграли фірми ITT Worldcom, RCA Globcom, US International Record Carries (IRC).

Фірма Tymshare Inc., яка спеціалізується на наданні обчислювальних послуг віддаленим користувачам створила мережу Tymnet. Оскільки мережі Tymnet і Telenet використовуються, як правило, на взаємній основі, їх часто називають як мережа Tymnet/Telenet.

Мережа Tymnet має в наш час 450 комутаційних центрів, надає доступ до 175 регіонів США, довжина її орендованих ліній складає 125 тис. миль. Мережа призначена в основному для обслуговування користувачів в інтерактивному режимі та широко використовується американськими ученими і фахівцями для рішення наукових і технічних задач. Мережа об'єднує комп'ютери різноманітного типу - ІВМ, РDР, Univak, СDС. Вона розрахована на підключення як великого числа низькошвидкісних терміналів, працюючих зі швидкістю 300 біт/с, так і орендованих, де швидкість допускається до 9600 біт/с. В години пік у мережі Tymnet працює біля 500 термінальних концентраторів. В останні роки основне навантаження Tymnet/Теlеnеt складають термінали, встановлені за межами США. Розповсюдження набуває експлуатація американських обчислювальних ресурсів користувачами з Західної Європи Плата за користування мережею складає 25-70 доларів в годину. Доступ до мережі здійснюється в кожній країні через поштове відомство.

Мережа інформаційного обслуговування МагК-ІІІ (General Electric) -найбільша в світі комерційна обчислювальна мережа (мал. 37). Вона була введена в експлуатацію в 1969 р. і зараз охоплює всю територію США, а також окремі райони Канади, Мексики і Західної Європи, крім того, мережа має зв'язок з Австралією і Японією. Мережа включає більш ніж 100 комп'ютерів різних класів і забезпечує зв'язок між 360 містами світу Головні обчислювальні центри знаходяться в Клівленді та Амстердамі

Мережа використовує місцеві комутуємі канали, підводний кабель в Європу і Японію, некомутуємі канали зі швидкістю 2.4-14.4 Кбіт/с. З користувача стягується плата за машинний час і доступ до баз даних або ж до спеціального програмного забезпечення.

Для обслуговування науково-дослідних центрів в Західній Європі ЕКА створило власну мережу Esanet. Користувачі мають доступ по комутуємим і некомутуємим каналам до концентраторів мережі, що зв'язані виділеними каналами з центром в Фраскаті. До особливостей цієї мережі відноситься значне число баз даних з широкого кола питань науки і техніки та можливість виходу через Esanet в інші мережі: Туmnet, Сус1аdes, Scannet, Euronet, а також зв'язок з міжнародною агенцією по атомній енергії (МАГАТЕ) і Міжнародним інститутом прикладного системного аналізу (IIASA) в Відні Доступ в бази даних здійснюється з терміналів на швидкостях передачі 300, 1200, 2400 бів/с. Плата за доступ до файлів документального сервісу ЕКА залежить від швидкості доступу і типу каналу, що використовується, а також від того, чи є користувач членом ЕКА. В 1976 р. Європейське економічне співтовариство вирішило створити інформаційно-обчислювальну мережу Euronet (мал. 40), однією з задач якої було б розповсюдження наукової і технічної інформації. Мережапочала експлуатуватися в 1979 р., в 1985 р. вона мала вже 2.3 млн. користувачів. Структурно мережа являє собою багатозв'язане кільце з чотирма вузлами в Франкфурті, Лондоні, Парижі та Римі і безліччю концентраторів. Мережа обслуговує біля 300 обчислювальних центрів. Інформація передається засобом комутації пакетів, швидкість передачі між вузлами передачі мережі складає 9.6 і 48 Кбіт/с. Плата в мережі за передачу 1 млн. біт інформації дорівнює 150 бельгійським франкам (біля 4.5 дол.) і залежить від швидкості передачі та типу каналу, що використовує абонент.

Розділ 7. Локальні обчислювальні мережі

Компоненти локальної обчислювальної мережі

Локальна мережа є основою електронного обладнання будь-якої контори. Мережа забезпечує взаємодію електронних контор всередині організації і між ними, дозволяє організувати розподілену обробку інформації, використати обчислювальний ресурс безлічі підключених до неї мікрокомп'ютерів.

Локальна мережа є інтегратором різноманітних видів інформаційного обслуговування. Вона об'єднує всі засоби інформаційних технологій організації, значно підвищуючи їх ефективність в результаті отримання можливості спільного використання обладнання різними користувачами. На базі такої мережі функціонує електронна пошта, що дозволяє здійснювати пересилання змісту документів, отримання необхідних віз, спрямовувати документи в архів і на відправлення, виробляти операції з текстовими і графічними документами.

Локальна мережа виникла в зв'язку з необхідністю передавати дані з високою швидкістю в межах невеликої території, наприклад, одного будинку або групи будинків, при значно менших витратах замість, використання для передачі даних мереж загального користування з їх достатньо високими тарифами.

Локальні мережі дозволяють користувачам поєднувати переваги автономної обробки інформації з можливостями індивідуального доступу до загальних інформаційних ресурсів контори, а також до зовнішніх ресурсів.

До основних вимог, що подаються до мереж, відносяться: простота використання, низька вартість і дотримання таємності

При організації локальної мережі розробник звичайно зустрічається з вибором: середовища, по якому передається інформація (провідна пара, коаксіальний кабель, оптичний кабель); конфігурації мережі та протоколів, керуючих її роботою; апаратури системи передачі даних (мал. 41).

Крім того, слідує обрати засіб передачі повідомлень в мережі. Відомі та використовуються три засоби передачі.

Засіб передачі з пріоритетним доступом. З терміналу надходить запит на передачу інформації і йому надається в тимчасове користування канал. Всі інші термінали очікують закінчення сеансу передачі. Це різновид засобу розподілу каналів.

Засіб з човниковим опитуванням. В мережі циркулює інформаційний пакет з порожнім інтервалом і опитує всі термінали про необхідність передачі інформації. Якщо така потреба є, інтервал, що рухається, підхоплює можливий для передачі інформаційний пакет і переносить його адресату. Цей засіб являє собою різновид засобу розподілу повідомлень.

Засіб пакетів-маркерів. Цей засіб подібний контейнерним перевезенням, коли підготовлене до передачі повідомлення "конвертується" в пакети з адресою і чекає випадку з транспортером, яким в даному випадку є маркірований інтервал часу. Цей інтервал може використовуватися тільки одним терміналом.

Зупинимося на деяких подробицях організації локальної мережі. В апаратному відношенні локальна мережа складається з середовища, по якому передається інформація, приладів інтерфейсу апаратури контори з мережею, засобів управління передачі даних.

Як і звичайна мережа передачі даних, локальна мережа, як правило, створюється на одному з трьох типів сполучення елементів в мережу: зірка, кільце і шина. Можливі, однак, і гібридні побудови типу шина-зірка або кільце-зірка.

Вибір топології, визначальної схеми взаємного розташування вузлів і ліній зв'язку між ними, тісно зв'язаний з принципами функціонування мережі і, зокрема, з засобом управління проходженням інформації по каналам.

Тому крім конфігурації, необхідно водночас вибрати засіб доступу до середовища, по якому передається інформація, і засіб управління цим доступом (централізований або децентралізований).

Кожна з конфігурацій мережі має переваги і недоліки. В мережі типу зірка більше навантаження лягає на центральний вузол, бо від його правильного функціонування залежить робота всієї мережі. В той же час наявність центрального вузла спрощує функції всіх інших вузлів.

Кільцева структура є децентралізованою. Повідомлення в кільці рухається від одного вузла до іншого, доки не влучить у вузол, якому воно адресоване. Тому для маршрутизації інформації кожний вузол необхідно наділити спроможністю розпізнавати за адресою своє повідомлення. Це означає, що кожний вузол повинен мати активний ретранслятор.

Приблизно така ж операція проходження пакету інформації відбувається в мережі типу шина. Від вузла - джерела інформації - пакет розповсюджується в обидві сторони до кінців шини. Вузол призначення зчитує адресований йому пакет інформації.

В кільцевій системі всі вузли мають рівний пріоритет, в системі типу шини звичайно застосовується ієрархічний тип взаємодії. Управління передачею інформації в мережі здійснюється одним з трьох засобів: кільцевим, централізованим, або засобом змагань (будь-який вузол може передавати повідомлення в будь-який момент). Може виявитися, що інтервал часу для передачі зайнятий. В цьому випадку прийдеться повторити спробу. В мережі Аloha розроблено засіб автоматичного викриття таких ситуацій, хоча згідно статистиці ймовірність цього надто мала.

Найпростіша термінальна станція локальної мережі може складатися з персонального комп'ютера, дисплею з клавіатурою, зовнішньої пам'яті, принтера і ідентифікатора магнітної карти, що контролює доступ користувача в мережу. При організації локальної мережі багато користувачів віддають перевагу конфігурації типу шина, однак мережа типу кільце також отримала велике розповсюдження. Що стосується середовища, по якому передається інформація, то надто привабливим є коаксіальний кабель, внаслідок його порівняно невисокої вартості та високої стійкості до перешкод і зовнішніх завад.

Сучасні локальні обчислювальні мережі

Розглянемо найбільш популярні конфігурації локальних мереж, що використовуються на практиці. Кільцева структура локальної мережі вперше розроблена в обчислювальній лабораторії Кембриджського університету в Великобританії (мал. 43). Мережа являє собою кільце з двох провідних ліній або кабелю, до якого під'єднуються станції користувачів. Під'єднання здійснюється через спеціальний транслятор, що регенерує цифрові сигнали. Він являє собою мікропроцесор з певним запам'ятовуючим пристроєм. Інформація в такий мережі передається наступним чином: вся послідовність передач в кільці розбита на тимчасові сегменти. Кожна станція може розмістити в своєму сегменті повідомлення або залишити його порожнім. Сигнал, що передасться, містить в суворо певній послідовності стартову посилку, адресу одержувача, адресу відправника, інформаційне повідомлення, контрольне кодове слово і заключну посилку. Весь блок службових інтервалів та інформаційних проміжків рухається по кільцю, як по регістру зрушення, бо кабель вносить затримку при розповсюдженні по ньому сигналу. Кожна станція ловить момент, коли мимо її роз'єму (сполучення з кабелем) пройде порожній (вільний) проміжок. В цьому випадку станція помічає інтервал, що він зайнятий, вставляє в службовий інтервал адресу одержувача і записує інформаційний блок в інформаційний проміжок. Цей проміжок рухається по кабелю до станції-приймача, яка, виявивши свою адресу, зчитує інформаційний блок і вставляє свій символ, що означає, що "пакет отриманий". Далі цей проміжок досягає передавача, що відразу ж після відправлення починає відлік послідовності проміжків для того, щоб розпізнати свій пакет, коли він з'явиться знову біля станції відправника. Передавач звіряє пакет, що знаходиться в проміжку, з тим, який він відправив, зчитує мітку "пакет отриманий" і, впевнившись в правильності отримання, вставляє свою мітку проте, що "пакет порожній".