Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Информационные технологии

PC

Теория вычислительных устройств

Компьютер — устройство или система, способное выполнять заданную чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода.

5. Передача информации (Сетевые информационные технологии)

Передача информации – физический процесс, посредством которого осуществляется перемещение информации в пространстве.

Передача информации – заблаговременно организованное техническое мероприятие, результатом которого становится воспроизведение информации, имеющейся в одном месте, условно называемом "источником информации", в другом месте, условно называемом "приёмником информации". Данное мероприятие предполагает предсказуемый срок получения указанного результата.

Для осуществления передачи информации необходимо наличие, с одной стороны, так называемого "запоминающего устройства", или "носителя", обладающего возможностью перемещения в пространстве и времени между "источником" и "приёмником". С другой стороны, необходимы заранее известные "источнику" и "приемнику" правила и способы нанесения и снятия информации с "носителя". С третьей стороны, "носитель" должен продолжать существовать как таковой к моменту прибытия в пункт назначения (к моменту окончания снятия с него информации "приёмником").

Носитель информации – любой материальный объект или среда передачи, способный достаточно длительное время сохранять (нести) в своей структуре занесённую в/на него информацию. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (например, оптические диски – CD, DVD и т. д.), ЭМИ (электромагнитное излучение) и т. д.

Главным толчком для развития компьютеризированных информационных технологий послужило создание всемирной компьютерной сети интернет для передачи информации.

Интернет – всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации.

В 1957 году, после запуска Советским Союзом первого искусственного спутника Земли, Министерство обороны США посчитало, что на случай войны Америке нужна надёжная система передачи информации. Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому исследовательскому центру, Университету Юты и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре. Компьютерная сеть была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network), и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения. Все работы финансировались Министерством обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали использовать учёные из разных областей науки.

Первый сервер ARPANET был установлен 2 сентября 1969 года в Калифорнийском университете (Лос-Анджелес). Компьютер Honeywell DP-516 имел 24 Кб оперативной памяти.

29 октября 1969 года в 21:00 между двумя первыми узлами сети ARPANET, находящимися на расстоянии в 640 км – в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (UCLA) и в Стэнфордском исследовательском институте (SRI) – провели сеанс связи. Чарли Клайн (Charley Kline) пытался выполнить удалённое подключение из Лос-Анджелеса к компьютеру в Стэнфорде. Успешную передачу каждого введённого символа его коллега Билл Дювалль (Bill Duvall) из Стэнфорда подтверждал по телефону. Именно эту дату можно считать днём рождения интернета.

К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети. Эта программа сразу стала очень популярна.

В 1973 году к сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной.

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новостные группы и доски объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла легко взаимодействовать с другими сетями, построенными на других технических стандартах. К концу 1970-х годов начали бурно развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартизированы в 1982–1983 годах. Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP, который успешно применяется до сих пор для объединения (или, как ещё говорят, «наслоения») сетей. Именно в 1983 году термин «интернет» закрепился за сетью ARPANET.

В 1984 году была разработана система доменных имён (англ. Domain Name System, DNS).

В 1984 году у сети ARPANET появился серьёзный соперник: Национальный научный фонд США (NSF) основал обширную межуниверситетскую сеть NSFNet (англ. National Science Foundation Network), которая была составлена из более мелких сетей (включая известные тогда сети Usenet и Bitnet) и имела гораздо большую пропускную способность, чем ARPANET. К этой сети за год подключились около 10 тыс. компьютеров, название «интернет» начало плавно переходить к NSFNet.

В 1988 году был разработан протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в интернете стало возможно общение в реальном времени (чат).

В 1989 году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (ЦЕРН) родилась концепция Всемирной паутины. Её предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.

В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet.

В 1991 году Всемирная паутина стала общедоступна в интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб-браузер NCSA Mosaic. Всемирная паутина набирала популярность. Можно считать, что существует две ясно различимые эры в истории Web: до браузера Mosaic Марка Андриссена и после.

Именно сочетание веб-протокола от Тима Бернерс-Ли, который обеспечивал коммуникацию, и браузера (Mosaic) от Марка Андриссена, который предоставил функционально совершенный пользовательский интерфейс, создало условия для наблюдаемого взрыва интереса к Веб. За первые 24 месяца, истекшие после появления браузера Моsaic, Web прошел путь от полной неизвестности (за пределами считанного числа людей внутри узкой группы ученых и специалистов лишь одного мало кому известного профиля деятельности) до полной и абсолютной его распространенности в мире.

В 1995 году NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, маршрутизацией всего трафика интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда.

В том же 1995 году Всемирная паутина стала основным поставщиком информации в интернете, обогнав по трафику протокол пересылки файлов FTP. Был образован Консорциум Всемирной паутины (W3C). Можно сказать, что Всемирная паутина преобразила интернет и создала его современный облик. С 1996 года Всемирная паутина почти полностью подменяет собой понятие «интернет».

В 1990-е годы интернет объединил в себе большинство существовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались обособленными). Объединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов интернета, что делало сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний.

К 1997 году в интернете насчитывалось уже около 10 млн. компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн доменных имён. интернет стал очень популярным средством для обмена информацией.

В настоящее время подключиться к интернету можно через спутники связи, радиоканалы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

Ключевые уровни развития Интернета.
Ключевые уровни развития Интернета.

Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP (англ. Internet Protocol) и принципу маршрутизации пакетов данных.

Протокол IP был специально создан агностическим в отношении физических каналов связи. То есть любая система (сеть) передачи цифровых данных, проводная или беспроводная, для которой существует стандарт инкапсуляции в неё IP-пакетов, может передавать и трафик интернета. Агностицизм протокола IP, в частности, означает, что компьютер или маршрутизатор должен знать тип сетей, к которым он непосредственно присоединён, и уметь работать с этими сетями; но не обязан (и в большинстве случаев не может) знать, какие сети находятся за маршрутизаторами.

На стыках сетей специальные маршрутизаторы (программные или аппаратные) занимаются автоматической сортировкой и перенаправлением пакетов данных, исходя из IP-адресов получателей этих пакетов. Протокол IP образует единое адресное пространство в масштабах всего мира, но в каждой отдельной сети может существовать и собственное адресное подпространство, которое выбирается исходя из класса сети. Такая организация IP-адресов позволяет маршрутизаторам однозначно определять дальнейшее направление для каждого пакета данных. В результате между отдельными сетями интернета не возникает конфликтов, и данные беспрепятственно и точно передаются из сети в сеть по всей планете и ближнему космосу.

Сам протокол IP был рождён в дискуссиях внутри организации IETF (англ. Internet Engineering Task Force; Task force – группа специалистов для решения конкретной задачи), чьё название можно вольно перевести как «Группа по решению задач проектирования интернета». IETF и её рабочие группы по сей день занимаются развитием протоколов Всемирной сети. IETF открыта для публичного участия и обсуждения. Комитеты организации публикуют так называемые документы RFC. В этих документах даются технические спецификации и точные объяснения по многим вопросам. Некоторые документы RFC возводятся организацией IAB (англ. Internet Architecture Board – Совет по архитектуре интернета) в статус стандартов интернета (англ. Internet Standard). С 1992 года IETF, IAB и ряд других интернет-организаций входят в Общество интернета (англ. Internet Society, ISOC). Общество интернета предоставляет организационную основу для разных исследовательских и консультативных групп, занимающихся развитием интернета.

Глобальная сеть.
Глобальная сеть.

На сегодняшний день в интернете существует множество протоколов передачи данных, рассмотрим что это такое.

Протокол передачи данных – набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.

Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).

Новые протоколы для Интернета определяются IETF (Internet Engineering Task Force – открытое международное сообщество проектировщиков, учёных, сетевых операторов и провайдеров, созданное IAB в 1986 году и занимающееся развитием протоколов и архитектуры Интернета), а прочие протоколы – IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике, электротехнике и аппаратному обеспечению вычислительных систем и сетей) или ISO (International Organization for Standardization – международная организация, занимающаяся выпуском стандартов).

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection – взаимодействие открытых систем).

Модель OSI – это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:

  • на физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;
  • на канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети;
  • сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений;
  • транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонентов сообщения;
  • задача сеансового уровня – координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;
  • уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;
  • прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями – обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

  • TCP/IP – набор протоколов передачи данных, получивший название от двух принадлежащих ему протоколов: TCP (англ. Transmission Control Protocol) и IP (англ. Internet Protocol)
  • HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.
  • FTP (File Transfer Protocol) – это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
  • POP (Post Office Protocol) – это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.
  • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.
  • telnet – это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети Интернет, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и так далее. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.

Затронем подробнее стек протоколов TCP/IP. Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня:

  • прикладной уровень (application layer),
  • транспортный уровень (transport layer),
  • сетевой уровень (network layer),
  • канальный уровень (link layer).

На прикладном уровне (Application layer) работает большинство сетевых приложений. Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP, SMTP, DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.

В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и привязаны к определённому порту, например:

  • HTTP на TCP-порт 80 или 8080,
  • FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд),

Эти порты определены Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов (IANA).

К этому уровню относятся: Echo, Finger, Gopher, HTTP, HTTPS, IMAP, IMAPS, IRC, NNTP, NTP, POP3, POPS, QOTD, RTSP, SNMP, SSH, Telnet, XDMCP.

Протоколы транспортного уровня (Transport layer) могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.

TCP (IP идентификатор 6) – «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.

UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

Сетевой уровень (Internet layer) изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является Internet Protocol.

Internet Protocol (IP) – маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети

IP-адрес (англ. Internet Protocol Address) – это уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. В сети Интернет требуется глобальная уникальность адреса; в случае работы в локальной сети требуется уникальность адреса в пределах сети. В версии протокола IPv4 IP-адрес имеет длину 4 байта, в IPv6 – 16 байт.

В 4-й версии IP-адрес представляет собой 32-битовое число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел значением от 0 до 255, разделённых точками, например, 192.0.2.60.

В 6-й версии IP-адрес (IPv6) является 128-битовым. Внутри адреса разделителем является двоеточие (напр. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).

IP-адрес называют статическим (постоянным, неизменяемым) в двух случаях:

  • Адрес задан пользователем в настройках устройства;
  • Всегда один и тот же адрес выдаётся устройству сервером распределения адресов (DHCP, BOOTP, …), при этом адрес записан в конфигурации сервера (службы).

Преимущества статического адреса IP:

  • Возможность сделать постоянную запись доменного имени в DNS, как прямую, так и обратную.
  • Простота организации сервера любой интернет-службы, начиная с веб-сервера и сервера электронной почты, и заканчивая IP-АТС (следствие п. 1).

Постоянный адрес требуется, например, для сервера имён для интернет-домена (сервера DNS), в записях службы whois указывается цифровой адрес IP.

IP-адрес называют динамическим (непостоянным, изменяемым), если он назначается при подключении устройства к сети автоматически из некоторого диапазона и используется в течение ограниченного промежутка времени. (Диапазон и время жизни указываются в конфигурации службы назначения адресов IP). Динамическая выдача адресов используется провайдерами в целях экономии адресов IPv4 и в локальных сетях для удобства администрирования.

Преимущества динамического адреса IP:

  • Защита компьютеров подсети от несанкционированного доступа извне;
  • Простота настройки подсети.

Канальный уровень (Link layer) описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня – Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

Ethernet – семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token Ring.

Название «Ethernet» отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) – это повышает скорость работы и безопасность сети.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Кабель UTP с разъемом 8P8C.
Кабель UTP с разъемом 8P8C.

При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя кадра, и предполагается, что при появлении в сети нового компьютера (или другого устройства, способного работать в сети) сетевому администратору не придётся настраивать MAC-адрес.

Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority диапазон из шестнадцати миллионов адресов, и по мере исчерпания выделенных адресов может запросить новый диапазон. Поэтому по трём старшим байтам MAC-адреса можно определить производителя.

Wi-Fi – торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11. Под аббревиатурой Wi-Fi (от английского словосочетания Wireless Fidelity, которое можно дословно перевести как «беспроводное качество» или «беспроводная точность») в настоящее время развивается целое семейство стандартов передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

Wi-Fi.
Wi-Fi.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

Однако, стандарт не описывает всех аспектов построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi. Поэтому каждый производитель оборудования решает эту задачу по-своему, применяя те подходы, которые он считает наилучшими с той или иной точки зрения. Поэтому возникает необходимость классификации способов построения беспроводных локальных сетей.

Канальный уровень описывает среду передачи данных (будь то коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).

Данные протоколы используются непосредственно в энергетической сфере для построения SCADA систем.

SCADA (аббр. от англ. supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных) – программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными и к ним добавляют термин SoftLogic.

Пример информационных потоков SCADA в энергетике.
Пример информационных потоков SCADA в энергетике.

SCADA-системы решают следующие задачи:

  • Обмен данными с «устройствами связи с объектом» (то есть с промышленными контроллерами и платами ввода-вывода) в реальном времени через драйверы.
  • Обработка информации в реальном времени.
  • Логическое управление.
  • Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.
  • Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
  • Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
  • Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.
  • Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.
  • Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

MES (от англ. manufacturing execution system, система управления производственными процессами) – специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. MES-системы относятся к классу систем управления уровня цеха, но могут использоваться и для интегрированного управления производством на предприятии в целом.

Более подробно данные системы будут рассмотрены в рамках курса «Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация тепловых процессов».

Далее рассмотрим программную реализацию работы наиболее популярных протоколов, в частности FTP, HTML, POP, SMTP.

FTP (англ. File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) – стандартный протокол, предназначенный для передачи файлов по TCP-сетям (например, Интернет). FTP часто используется для загрузки сетевых страниц и других документов с частного устройства разработки на открытые сервера хостинга.

Протокол построен на архитектуре «клиент-сервер» и использует разные сетевые соединения для передачи команд и данных между клиентом и сервером. Пользователи FTP могут пройти аутентификацию, передавая логин и пароль открытым текстом, или же, если это разрешено на сервере, они могут подключиться анонимно. Можно использовать протокол SSH для безопасной передачи, скрывающей (шифрующей) логин и пароль, а также шифрующей содержимое.

Первые клиентские FTP-приложения были интерактивными инструментами командной строки, реализующими стандартные команды и синтаксис. Графические пользовательские интерфейсы с тех пор были разработаны для многих используемых по сей день операционных систем. Среди этих интерфейсов как программы общего веб-дизайна вроде Microsoft Expression Web, так и специализированные FTP-клиенты (например, FileZilla).

FTP является одним из старейших прикладных протоколов, появившимся задолго до HTTP, и даже до TCP/IP, в 1971 году. В первое время он работал поверх протокола NCP. Он и сегодня широко используется для распространения ПО и доступа к удалённым хостам.

Есть много программ как платных, так и бесплатных, которые могут создать FTP-сервер в автоматическом режиме. Рассмотрим случай простейшего сервера, который может создать сама операционная система Windows с использованием IIS. IIS (Internet Information Services) – проприетарный набор серверов для нескольких служб Интернета от компании Майкрософт. IIS распространяется с операционными системами семейства Windows NT.

Итак, переходим к настройке FTP-сервера. Первое, что нам нужно – это добавить компоненты в нашу операционную систему. Для этого идём в «Панель управления» → «Программы» → «Программы и компоненты» и жмём кнопку слева «Включение или отключение компонентов Windows»:

Включение или отключение компонентов Windows.
Включение или отключение компонентов Windows.

В открывшемся списке нам необходимо включить группу компонентов «Службы IIS», а именно: «FTP – сервер», «Службы Интернета» и «Средства управления веб-сайтом».

Службы IIS.
Службы IIS.

Далее нам нужно запустить наш FTP-сервер. Для этого идём в «Панель управления» → группа «Сеть и безопасность» → «Администрирование» и открываем «Диспетчер служб IIS». В открывшемся окне в левой колонке открываем дерево до вкладки «Сайты» и жмём по этой вкладке правой клавишей. Выбираем «Добавить FTP-сайт». Указываем имя сайта и каталог, к которому будет осуществляться доступ по FTP протоколу, а также параметры запуска FTP-сервера. FTP-сайт создан.

Идём в «Панель управления» → группа «Система и безопасность» → «Брандмауэр Windows» и в левой колонке выбираем «Дополнительные параметры». Переходим на вкладку «Правила для входящих соединений». Необходимо найти и включить два пункта:

  • FTP-сервер (входящий трафик);
  • Трафик FTP-сервера в пассивном режиме (входящий трафик FTP в пассивном режиме).

Затем переходим во вкладку «Правила для исходящих подключений» и включаем правило «Трафик FTP-сервера (исходящий трафик FTP)».

Если установлен Firewall или роутер, необходимо открыть порт 21(TCP) для входящих соединений и порт 20(TCP) для исходящих.

Далее необходимо указать разрешения пользователя IIS для каталога, который мы указывали при создании сервера. FTP-сервер успешно создан и запущен.

Основным компонентом IIS является веб-сервер, который позволяет размещать в Интернете сайты.

Веб-сервер IIS поддерживает несколько различных технологий создания веб-приложений:

ASP.NET – разработанная Microsoft технология; для IIS это – основное на сегодняшний день средство создания веб-приложений и веб-служб. IIS поставляется вместе с операционными системами, в которые также изначально входит .NET Framework.

CGI – стандартная межплатформенная низкоуровневая технология создания динамических веб-страниц. При помощи CGI приложения для IIS могут разрабатываться на основе практически любых, в том числе сторонних, инструментов, допускающих запись в стандартный поток вывода и чтение переменных среды – Perl, C/С++ и даже средствами интерпретатора командной строки Cmd.exe.

FastCGI – клиент-серверный протокол взаимодействия веб-сервера и приложения.

ISAPI – низкоуровневая технология, аналогичная интерфейсу модулей Apache, предоставляющая полный доступ ко всем возможностям IIS, возможность разработки веб-приложений в машинном коде и возможность переопределения части функций IIS и добавления к нему функций, как связанных с генерацией контента, так и не связанных с этим.

Технология ISAPI позволяет, с одной стороны, создавать специальные приложения для IIS, требующие особенно тесного взаимодействия с механизмом сервера, а с другой стороны является удобной платформой для организации эффективного взаимодействия IIS с другими технологиями разработки веб-приложений – например, PHP и Perl.

Для того чтобы добавить сайт, следуем приведенному выше алгоритму, но выбираем вместо «Добавить FTP-сайт» «Добавить веб-сайт». Для каждого сайта указывается домашний каталог – каталог в файловой системе сервера, соответствующий «корню» сайта. Например, если сайту www.example.com сопоставлен домашний каталог D:\example, то на запрос ресурса с адресом http://www.example.com/index.htm веб-сервер вернёт файл D:\example\index.htm.

Достойной альтернативой IIS как веб-сервера выступает веб-сервер Apache. Основными достоинствами Apache считаются надёжность и гибкость конфигурации. Он позволяет подключать внешние модули для предоставления данных, использовать СУБД для аутентификации пользователей, модифицировать сообщения об ошибках и т. д. Apache на сегодняшний день является самым распространенным веб-сервером благодаря связке LAMP.

Весьма распространенным способом передачи информации является пересылка электронных сообщений, например через Skype, IRC приложения и используя электронную почту. В деловой сфере принято пользоваться последним.

Электронная почта (англ. email, e-mail, от англ. electronic mail) – технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений (называемых «письма» или «электронные письма») по распределённой (в том числе глобальной) компьютерной сети.

Электронная почта по составу элементов и принципу работы практически повторяет систему обычной (бумажной) почты, заимствуя как термины (почта, письмо, конверт, вложение, ящик, доставка и другие), так и характерные особенности – простоту использования, задержки передачи сообщений, достаточную надёжность и в то же время отсутствие гарантии доставки.

Достоинствами электронной почты являются: легко воспринимаемые и запоминаемые человеком адреса вида имя_пользователя@имя_домена (например, somebody@example.com); возможность передачи как простого текста, так и форматированного, а также произвольных файлов; независимость серверов (в общем случае они обращаются друг к другу непосредственно); достаточно высокая надёжность доставки сообщения; простота использования человеком и программами.

Недостатки электронной почты: наличие такого явления, как спам (массовые рекламные и вирусные рассылки); теоретическая невозможность гарантированной доставки конкретного письма; возможные задержки доставки сообщения (до нескольких суток); ограничения на размер одного сообщения и на общий размер сообщений в почтовом ящике (персональные для пользователей).

В настоящее время любой начинающий пользователь может завести свой бесплатный электронный почтовый ящик, достаточно зарегистрироваться на одном из интернет-порталов mail.ru, mail.com, gmail.com и др.

Общепринятым в мире протоколом обмена электронной почтой является SMTP (англ. Simple mail transfer protocol – простой протокол передачи почты). В общепринятой реализации он использует DNS для определения правил пересылки почты. DNS позволяет указать в качестве принимающего сервера (MX-запись) любой узел интернета, не обязательно являющийся частью доменной зоны домена получателя. Это может использоваться для настройки релеинга (пересылки) почты через третьи серверы. Сторонний сервер (например, более надёжный, чем серверы пользователя) принимает почту для домена пользователя и пересылает его на почтовые серверы пользователя как только появляется возможность.

Почтовый сервер, получив почту (из локального источника или от другого сервера) проверяет, существуют ли специфичные правила для обработки почты (правила могут основываться на имени пользователя, на домене в адресе, содержимом письма и т. д.), если специфичных правил не обнаружено, то проверяется, является ли почтовый домен локальным для сервера (то есть является ли сервер конечным получателем письма). Если является, то письмо принимается в обработку. Если же домен письма не является локальным, то применяется процедура маршрутизации почты (являющаяся основой для передачи писем между различными серверами в Интернете).

При маршрутизации используется только доменная часть адреса получателя (то есть часть, находящаяся после символа @). Для домена получателя ищутся все MX-записи. Они сортируются в порядке убывания приоритета. Если адрес почтового сервера совпадает с одним из узлов, указанных в MX-записях, то все записи с приоритетом меньшим приоритета узла в MX-записи (а также MX-запись самого узла) отбрасываются, а доставка осуществляется на первый отвечающий узел (узлы пробуются в порядке убывания приоритета). Это сделано на случай, если почтовый сервер отправителя является релеем почтового сервера получателя. Если MX-запись для домена не найдена, то некоторые серверы могут пытаться доставлять почту по A-записи. Если же записи о домене нет, то формируется «отлуп» (сообщение о невозможности доставки). Это сообщение формируется с пустым полем отправителя, в поле «Кому» указывается отправитель исходного письма. Пустое поле отправителя позволяет защитить почтовые сервера от бесконечного хождения сообщений об ошибке между серверами – если сервер обнаруживает, что не может доставить письмо с пустым обратным адресом, то он уничтожает его.

При передаче по протоколу SMTP электронное письмо состоит из следующих частей:

  • Заголовков SMTP-протокола, полученных сервером. Формируется сервером автоматически.
  • Заголовки письма описываемые стандартами RFC. В заголовке письма описываются поля: From: (RFC 822, RFC 1123, RFC 1036) – имя и адрес отправителя, To: (RFC 822, RFC 1123) – имя и адрес получателя, Subject: (RFC 822, RFC 1036) – тема письма, Date: (RFC 822, RFC 1123, RFC 1036) – дата отправки письма и др.
  • Тела письма. В теле письма находится, собственно, сообщение письма. Согласно стандарту, в теле письма могут находиться только символы 7-битного ASCII. Поэтому при использовании национальных кодировок, различных форм представления информации (HTML, RTF, изображения, бинарные файлы вложений) тело письма должно кодироваться по стандарту MIME и не может быть прочитано человеком без использования декодера или почтового клиента с таким декодером.

Почтовая система позволяет организовать сложные системы, основанные на пересылке почты от одного ко многим абонентам. Почтовые рассылки – письмо от одного адреса с одинаковым (или меняющимся по шаблону) содержимым, рассылаемое подписчикам рассылки. Нежелательные почтовые рассылки называются спамом и существенно осложняют функционирование почтовых систем.

Спам – разновидность почтовой рассылки с целью рекламы (часто нежелательной) того или иного товара или услуги, аналог бумажной рекламы, бесплатно распространяемой по почтовым ящикам жилых домов. По мере роста популярности электронной почты, она (наравне с новостными группами usenet), начала использоваться для рассылки незапрошенных рекламных сообщений, аналогично тому, как раскидываются рекламные брошюры в обычные почтовые ящики. Однако, в отличие от существенной стоимости бумажной рассылки, отправка значительного количества (миллионов и миллиардов) сообщений практически ничего не стоит отправителю. Это привело к непропорциональному росту количества и размера рекламных рассылок (по некоторым данным, спам в настоящее время составляет 70-95 % от всех почтовых сообщений, то есть превысил объём полезной почтовой нагрузки в 2-20 раз).

Для работы с электронной постой используют программы называемые почтовыми клиентами. Одной из таких программ является Microsoft Outlook.

Microsoft Outlook – персональный информационный менеджер с функциями почтового клиента и Groupware компании Майкрософт, входящий в пакет офисных программ Microsoft Office.

Помимо функций почтового клиента для работы с электронной почтой, Microsoft Outlook является полноценным органайзером, предоставляющим функции календаря, планировщика задач, записной книжки и менеджера контактов. Кроме того, Outlook позволяет отслеживать работу с документами пакета Microsoft Office для автоматического составления дневника работы.

Общий вид программы Microsoft Outlook.
Общий вид программы Microsoft Outlook.

С развитием облачных технологий возрастает популярность почтовых клиентов доступных через браузер, находящихся непосредственно на домене почтового сервера. В настоящее время облачные почтовые клиенты по своим функциям практически не уступают устанавливаемым аналогам.

На сегодняшний день количество информации передаваемой в интернете по самым скромным подсчетам превышает 8 зеттабайт.

Рост информации, которой делятся в интернете. По вертикали в зеттабайтах отложено количество информации, по горизонтали – годы.
Рост информации, которой делятся в интернете. По вертикали в зеттабайтах отложено количество информации, по горизонтали – годы.

При этом большая часть информации распространяется «безадресно», например веб-сайты. Для облегчения нахождения нужной информации созданы поисковые системы.