Что такое информатика 17 страница

Пользователь может менять формат сводной таблицы, переимено­вывать поля или элементы, добавлять новые строки или столбцы, а так­же делать другие преобразования с внешним видом сводной таблицы.

Чтобы изменить название поля или элемента сводной таблицы, не­обходимо выделить нужную ячейку и набрать новое имя, которое не должно повторять существующие в исходной таблице имена.

1. Средства для анализа данных

> Подбор параметра.

> Создание таблицы подстановки с одной изменяющейся пере­менной.

> Создание таблицы подстановки с двумя изменяющимися пе­ременными.

> Проверка результатов с помощью сценариев.

2. Подбор параметра

Средство Подбор параметра предназначено для получения задан­ного значения в целевой ячейке путем подбора значений в ячейке- параметре. С помощью данного средства можно найти аргумент, при ко­тором получается задаваемое решение. При этом ячейка-параметр должна содержать значение, но не формулу и влиять на результат, ко­торый требуется получить.

3. Таблица подстановки

Таблицей подстановки называется диапазон ячеек, показывающий, как изменение значений подстановки влияет на возвращаемый форму­лой результат. Таблицы подстановки обеспечивают быстрый доступ к выполнению одной операции разными способами, а также возможность просмотра и сравнения полученных результатов. В Excel существует возможность применения на одном рабочем листе нескольких таблиц подстановок, если необходимо:

1) изменять одно исходное значение, просматривая результаты од­ной или нескольких формул;

2) изменять два исходных значения, просматривая результаты только одной формулы.

В первом случае используется таблица подстановки с одной изме­няющейся переменной, а во втором - с двумя.

9.9 Проверка результатов с помощью сценариев

В работе часто возникают задачи, имеющие множество исходных данных и множество результатов, причем необходимо четко представ­лять, как изменения первых влияют на последние. Ощутимую помощь в анализе такого рода задач могут оказать сценарии Excel.

Сценарий - это инструмент, позволяющий моделировать различ­ные экономические, математические, физические и др. задачи. Он пред­ставляет собой зафиксированный в памяти компьютера набор значений ячеек рабочего листа. Использование сценариев позволяет одновре­менно манипулировать с множеством переменных. Создав сценарий, можно получить возможность узнать, что произойдет с результатом, ес­ли поменять исходные значения в некоторых ячейках листа. Кроме того, в случае необходимости всегда можно вернуться к одному из вариантов, рассмотренных ранее.

Лекция 10. Вычислительные сети

10.1 Компьютерная вычислительная сеть

Цель данной главы - освоение студентами принципов построения и функционирования локальных, региональных, глобальных компьютер­ных сетей и мобильных телекоммуникаций.

1. Основные понятия вычислительных сетей

Компьютерная вычислительная сеть - это совместное подключение нескольких компьютерных рабочих мест к единому каналу передачи данных.

Глобальная компьютерная сеть (WAN - Wide Area Network) объеди­няет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осу­ществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и спутнико­вой связи. Глобальные вычислительные сети позволяют решить про­блему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть (MAN - Metropolitan Area Network) связывает абонентов, расположенных на значительном рас­стоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет де­сятки - сотни километров.

Локальная вычислительная сеть (LAN - Local Area Network) объеди­няет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориаль­ный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту: это сети предприятий, банков, фирм.

Хост (от англ. host - «хозяин, принимающий гостей») - любое уст­ройство, предоставляющее сервисы формата «клиент-сервер» в режиме сервера по каким-либо интерфейсам и уникально определённое на этих интерфейсах. В более частном случае под хостом могут понимать лю­бой компьютер, сервер, подключённый к локальной или глобальной се­ти. Чаще всего под «хостом» без дополнительных комментариев подра­зумевается хост протокола TCP/IP, то есть сетевой интерфейс устройст­ва, подключённого к IP-сети.

Хостинг (англ. hosting) - услуга по предоставлению вычислительных мощностей для физического размещения информации на сервере, по­стоянно находящемся в сети (обычно Интернет). Обычно под понятием услуги хостинга подразумевают как минимум услугу размещения файлов сайта на сервере, на котором запущено ПО, необходимое для обработки запросов к этим файлам (веб-сервер).

Сервер (от server - обслуживающий) - аппаратное обеспечение, выделенное и/или специализированное для выполнения на нем сервис­ного программного. Сервер - программное обеспечение, принимающее запросы от клиентов. Файл-серверы представляют собой серверы для обеспечения доступа к файлам на диске сервера. Для взаимодействия с клиентом (или клиентами, если поддерживается одновременная работа с несколькими клиентами) сервер выделяет необходимые ресурсы меж­процессного взаимодействия (разделяемая память) и ожидает запросы на открытие соединения (или собственно запросы на предоставляемый сервис). В зависимости от типа ресурса сервер может обслуживать про­цессы в пределах одной компьютерной системы или процессы на других машинах через каналы передачи данных или сетевые соединения. Фор­мат запросов клиента и ответов сервера определяется протоколом.

Клиент (от cliens, множ. clientes) (информатика) - это аппаратный или программный компонент вычислительной системы, посылающий за­просы серверу.

Технология «клиент-сервер» (Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распреде­лены между клиент-сервером. Тонкий клиент (thin client) в компьютерных технологиях - компьютер или программа-клиент в сетях с клиент-сер­верной или терминальной архитектурой, который переносит все или большую часть задач по обработке информации на сервер. Примером тонкого клиента может служить компьютер с браузером, использующий­ся для работы с веб-приложениями. Толстый или Rich-клиент в архитек­туре клиент-сервер - это приложение, обеспечивающее (в противовес тонкому клиенту) расширенную функциональность независимо от цен­трального сервера. Часто сервер в этом случае является лишь храни­лищем данных, а вся работа по обработке и представлению этих данных переносится на машину клиента.

Веб-обозреватель, браузер (от англ. Web browser, вариант - бро­узер) - программное обеспечение для просмотра веб-сайтов, их обра­ботки, вывода и перехода от одной страницы к другой. Практически все популярные браузеры распространяются бесплатно или «в комплекте» с другими приложениями: Internet Explorer (совместно с Microsoft

Windows), Mozilla Firefox (бесплатно), Safari (совместно с Mac OS X и бесплатно для Microsoft Windows), Google Chrome (бесплатно), Opera (бесплатно).

Почтовая программа (клиент электронной почты, почтовый клиент, мейл-клиент, мейлер) - программное обеспечение.

FTP-клиент - программа для упрощения доступа к FTP серверу.

Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) - периферийное уст­ройство (controller), позволяющее компьютеру взаимодействовать с дру­гими устройствами сети. Сетевой адаптер вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем (OSI) в конечном узле сети - компьютере. Сетевой адаптер совместно с драй­вером выполняют две операции: передачу и прием кадра.

Information Protection and Control (IPC) - технология защиты конфи­денциальной информации от внутренних угроз. Решения класса IPC предназначены для защиты информации от внутренних угроз, предот­вращения различных видов утечек информации, корпоративного шпио­нажа и бизнес разведки. Термин IPC соединяет в себе две основные тех­нологии: шифрование носителей информации на всех точках сети и кон­троль технических каналов утечки информации с помощью технологий Data Loss Prevention (DLP). Контроль доступа к сети, приложениям и дан­ным является возможной третьей технологией в системах класса IPC. IPC включает в себя решения класса Data Loss Prevention (DLP), системы шифрования корпоративной информации и контроля доступа к ней.

Доступ в Интернет. Проводное соединение (телефонный провод, коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. xDSL, ISDN, Ethernet, Dial-up). Беспроводные соединения (радиоволны в опре­делённом частотном диапазоне. GPRS & EDGE, UMTS / WCDMA (HSDPA; HSUPA; HSPA; HSPA+, Wi-Fi, Спутниковый Интернет, WiMAX).

Файлообменная сеть - собирательное название одноранговых ком­пьютерных сетей для совместного использования файлов, основанных на равноправии участвующих в обмене файлами, то есть каждый участ­ник одновременно является и клиентом, и сервером.

При разработке и обслуживании сетей необходимо учитывать много параметров:

■ Требуемая структура сети (по подразделениям, комнатам, эта­жам и зданиям).

■ Направления и интенсивность информационных потоков в сети, характер передаваемой информации.

■ Характеристики оборудования (компьютеров, адаптеров, кабе­лей, промежуточных устройств) и его стоимость.

■ Возможности прокладки кабельной системы и меры обеспечения целостности кабеля.

■ Обеспечение обслуживания сети и контроля над её безотказно­стью и безопасностью.

■ Требования к программным средствам по размеру сети, скоро­сти, гибкости, разграничению прав доступа, возможностям кон­троля, по стоимости.

■ Необходимость подключения к глобальным сетям или к другим локальным сетям.

2. Основные элементы компьютерной сети

Основными элементами сети являются персональные компьютеры (и вообще компьютеры), соединенные между собой каналами связи, а также программное обеспечение, реализующее работу сети и обмен информацией. Детализируя состав сети можно сказать, что сеть состоит из серверов, рабочих станций и каналов связи:

■ Сетевые адаптеры: стоимость, поддерживаемые скорости, ре­жимы обмена по сети (полный дуплекс), режимы обмена с ком­пьютером, кабели и разъёмы.

■ Промежуточные сетевые устройства: количество портов, стои­мость, функциональность, возможности наращивания, возмож­ности управления, поддерживаемые скорости, кабели и разъёмы.

■ Серверы: стоимость, скорость процессора, объём памяти, объём дисков, скорость дисков, возможности наращивания, беспере­бойное питание.

■ Кабели: стоимость, тип кабеля и его виды (оболочки, упрочне­ние), разъёмы, устройства прокладки кабеля (шкафы, короба), требуемые работы по прокладке кабеля.

3. Возможности сетей:

■ Совместное использование различных ресурсов.

■ Доступ к единым базам данных.

■ Обмен файлами, сообщениями почты.

■ Организация согласованной работы компьютеров.

■ Суммирование вычислительных мощностей компьютеров.

10.2 Система передачи данных

Система передачи данных базируется на двух основных понятиях: адрес и протокол. Протоколы обеспечивают принцип коммутации паке­тов. ТСР (Transmission Control Protocol) - разбивает сообщение на паке­ты, которые передаются получателю по свободным каналам связи. Ад­ресация выполняется при помощи протокола IP (Internet Protocol). Затем пакеты собираются воедино у адресата при помощи протокола ТСР.

1. Протоколы сетей

■ Прикладные протоколы - взаимодействие приложений, обмен файлами, почтой, регистрация - выполняют функции верхних уровней модели OSI (FTAM, SMTP, FTP, Telnet, SMB, NCP).

■ Транспортные протоколы гарантируют надёжный обмен данными в ходе сеансов связи, выполняют функции средних уровней мо­дели OSI (TCP, SPX, NWLink, NetBIOS, NetBEUI).

■ Сетевые протоколы - управляют адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок, повтором передачи - выполняют функции нижних уровней модели OSI (IP, IPX, NWLink, NetBIOS, NetBEUI) (см. рис. 27).

Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоско­ростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют пока большую часть телекоммуникационной структуры, поэтому сети Х.25 будут еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих регионов. Стандарты сетей Х.25 описывают три уровня протоколов.

На физическом уровне определены синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis к оборудованию передачи данных либо DSU/CSU, если выде­ленный канал является цифровым, либо к синхронному модему, если канал выделенный.

На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC, обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае воз­никновения ошибок в линии. Предусмотрен выбор из двух процедур дос­тупа к каналу: LAP или LAP-B.

На сетевом уровне определен протокол Х.25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.

Стандарт 802.11n (см. рис. 28) был утверждён 11 сентября 2009 ор­ганизацией IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). В соот­ветствии с этим стандартом скорость передачи данных составляет 300 Мбит/с, что практически в шесть раз выше по сравнению с устройст­вами стандарта 802.11 g, максимальная скорость которых равна 54 Мбит/с. Теоретически 802.11n способен обеспечить скорость переда­чи данных до 600 Мбит/с. Разработчики спецификации 802.11 n позабо­тились о том, чтобы компоненты на её базе сохраняли совместимость с устройствами стандарта 802.11b или 802.11 g в диапазоне 2,4 ГГц и с устройствами 802.11a - в диапазоне 5 ГГ ц.

2. Методы передачи информации

■ Симплексный метод: информация передаётся всегда только в одну сторону. В локальных сетях этот метод не используется.

■ Полудуплексный метод: информация может передаваться в обе стороны, но только по очереди, не одновременно. Этот метод сейчас основной в локальных сетях.

■ Полнодуплексный метод: информация может передаваться в обе стороны одновременно. В локальных сетях применяется мало.

3. Скорость передачи данных по каналу связи

Скорость передачи данных по каналу связи - количество битов ин­формации, передаваемых за единицу времени. Единица измерения ско­рости передачи данных - бит в секунду. Скорость передачи, обеспечи­вающая комфортную работу в сети, как правило, должна быть около 30 000 бит в секунду или более.

На интегральную скорость передачи информации влияют ещё вре­мя обмена информацией с компьютером, задержка в кабеле, задержка в промежуточных устройствах, скорость компьютера и его устройств. Уве­личение скорости сети повышает пропускную способность сети, снижает нагрузку на сеть и количество коллизий. Увеличение скорости сети сни­жает вероятность передачи ошибочных пакетов, так как уменьшается длительность каждого пакета.

4. Максимальная скорость передачи

■ Наименьшая избыточность - пакет максимальной длины (1500 байт полезной информации + 26 байт служебной инфор­мации + 96 бит IPG = 12304 бита).

■ Если нет коллизий, то скорость передачи пакетов (при скорости сети 100 Мбит/с) составит: 108/12304 = 8127,44 пакета в секунду.

■ Пропускная способность сети (скорость передачи полезной ин­формации) будет равна: 8127,44 * 1500 байт = 12,2 Мбайт/с.

■ Эффективность использования скорости сети: 8127,44 * 12000 бит/108 = 98%.

5. Основные параметры сетей

■ Повышенная опасность распространения вирусов по сети.

■ Повышенная опасность несанкционированного доступа к инфор­мации с целью её кражи или уничтожения.

■ Скорость передачи информации.

■ Метод доступа (время доступа).

■ Возможные топологии, наращивание.

■ Требуемые промежуточные сетевые устройства.

■ Размеры сети (расстояния между абонентами).

■ Стоимость оборудования.

■ Уровень стандартизации.

■ Максимальное количество абонентов.

■ Возможные среды передачи.

■ Используемые коды передачи.

■ Форматы пакетов, размер поля данных.

10.3 Семиуровневая модель OSI

На основании концепции открытых систем (OSI) Международный институт стандартов (ISO) разработал семиуровневую модель компью­терной сети, которая получила название «модель ISO/OSI» (см. рис. 29, 30). В соответствии с этой моделью взаимодействие абонентов через коммуникационную подсеть происходит с помощью сетевых протоколов.

■ Прикладной уровень (7) - файлы, базы данных, почта, регистрация.

■ Представительный уровень (6) - преобразование форматов, ко­дировка, шифрование, сжатие (переводчик).

■ Сеансовый уровень (5) - проведение сеансов связи (полудуп­лекс, дуплекс), контроль прав доступа.

■ Транспортный уровень (4) - разделение на пакеты и контроль доставки в нужном порядке.

■ Сетевой уровень (3) - адресация пакетов (преобразование IP, IPX-MAC), выбор маршрута доставки.

■ Канальный уровень (2) - формат пакета, доступ к сети, контроль правильности передачи пакета.

■ Физический уровень (1) - кодирование, формирование сигналов, развязка, согласование, кабели, разъёмы.

Рис. 33. Структура канального уровня модели IEEE 802 2. Включение промежуточных устройств Концентратор (Hub) - устройство физического подключения не­скольких сегментов или лучей локальной сети. Интеллектуальный хаб (Intelligent Hub) имеет специальные средства для диагностики и управ­ления, что позволяет оперативно получать сведения об активности и ис­правности узлов, отключать неисправные узлы.

Коммутатор (Switch) - это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной мно­гопортовый мост; встроенный механизм коммутации позволяет осущест­вить широковещательное сегментирование локальной сети, а также вы­делить полосу пропускания к конечным станциям в сети.

Мост (Bridge) - средство передачи пакетов между сетями. Осущест­вляет фильтрацию пакетов, не выпуская из сети пакеты для адресатов, находящихся внутри сети, а также переадресацию - передачу пакетов в другую сеть в соответствии с таблицей маршрутизации или во все дру­гие сети при отсутствии адресата в таблице. Таблица маршрутизации обычно составляется в процессе самообучения по адресу источника приходящего пакета.

Рис. 35. Функции коммутаторов и мостов

Маршрутизатор (Router) представляет собой устройство для соеди­нения LAN с разной технологией (например, Ethernet и Token Ring). Маршрутизатор, в отличие от моста, имеет свой собственный сетевой адрес и используется как промежуточный пункт назначения. Основное назначение маршрутизатора состоит в управлении маршрутами переда­ваемых сообщений.

2. Канальный

1. Физический

Рис. 38. Функции драйвера сетевого адаптера

3. Методы контроля ошибок

Проверка передающим абонентом:

■ Побитовая проверка в процессе передачи пакета (сравнение передаваемого бита и состояния сети).

■ Сравнение переданного пакета и пакета, возвращённого при­нимающим абонентом.

Проверка принимающим абонентом:

■ Выбор из нескольких копий пакетов, полученных от пере­дающего абонента.

■ Проверка контрольной суммы пакета, подсчитанной пере­дающим абонентом и включённой в пакет.

- 1

информация

Адрес

передатчика ----- Кадр

Рис. 40. Пакет и кадр

Признаки искажённого коллизией кадра, кадр имеет:

• длину, меньшую минимально допустимого размера 512 BT (карликовый кадр), - если коллизия произошла до 480-го бита кадра;

• неправильную контрольную сумму - если коллизия произош­ла после 480-го бита кадра, то сигнал-пробка (32 бита) играет роль контрольной суммы;

• длину, не равную целому числу байт, - если коллизия про­изошла в середине одного из передаваемых байтов.

10.4 Типы сетей

Сети на основе сервера, одноранговые сети - низкая стоимость, гибкость, простота обслуживания, суммирование ресурсов; невысокое быстродействие, небольшое количество компьютеров (до 10...15), чув­ствительность к отказам всех компьютеров (Microsoft Windows 98, 2000, XP, Vista).

Клиент и сервер

Одноранговая сеть

Сервер

Сеть на основе сервера

Рис. 41. Одноранговые сети

Сети на основе сервера - большие сети (до тысяч компьютеров), высокое быстродействие, развитая система управления, простота на­ращивания; высокая стоимость, необходимость обслуживания, чувстви­тельность к отказам сервера (Microsoft Windows Server 2003.2008, Novell NetWare 6.5).

Сервер приложений (англ. application server) - это программная платформа, предназначенная для эффективного исполнения процедур (программ, механических операций, скриптов), которые поддерживают построение приложений. Сервер приложений действует как набор ком­понентов, доступных разработчику программного обеспечения через API (Интерфейс прикладного программирования), который определен самой платформой.

Для веб-приложений эти компоненты обычно функционируют на той же машине, где запущен веб-сервер. Их основная функция - обеспечи­вать создание динамических страниц. Современные серверы приложе­ний нацелены гораздо больше не на то, чтобы генерировать веб­страницы, а на то, чтобы выполнять такие сервисы, как кластеризация, отказоустойчивость и балансировка нагрузки, позволяя, таким образом, разработчикам сфокусироваться только на реализации бизнес-логики.

Обычно этот термин относится к Java-серверам приложений. В этом случае сервер приложений ведет себя как расширенная виртуальная машина для запуска приложений, прозрачно управляя соединениями с базой данных с одной стороны и соединениями с веб-клиентом - с другой.