Дәріс. Желілік технологиялар және ақпараттық желілер

Қазіргі заманда ақпараттық технологиялардың үдемелі дамуы мен әртүрлі компьютерлік желілердің (локальды немесе глобальды) пайда болуы адамзат өміріне, оның қызметі мен еңбегінің сапасына үлкен әсерін туғызды. Мысалы, Интернет желісі әрбір адамның күнделікті өзі пайдаланатын ақпараттарды алуға мүмкіншілік береді. Жаңадан пайда болған технологиялық мүмкіндіктер ақпарат таратуға, өндірісті тиімді ұйымдастыруға, іскерлікті дамытуға жағдай жасады.

Жалпы телекоммуникациялық желі дегеніміз белгілі бір өнімді құрастыруға, түрлендіруге, сақтауға және қажетті жеріне жеткізуге арналған жүйе. Желінің нысаналары ретінде желінің түйіндері мен оларды байланыстыратын жолдары қолданылады. Қарастыратын өніміне байланысты әртүрлі желілер болады; біздің қарастыратынымыз ақпараттық желілер.

Ақпараттық желі дегеніміз сақтайтын, өңдейтін, құрастыратын және пайдаланатын өнімі ақпарат болатын коммуникациялық желі.

Қазіргі кезде ақпараттық желілерде есептеу техникасы кеңінен қолданылады. Осыған байланысты компьютерлік (есептеу) жүйелері деген түсінік енгізілді. Олардың түйіндері компьютерлер немесе басқа құрылғылар (принтерлер, технологиялық құралдар және т.б.) болады; олар байланыс арналары арқылы қосылады.

Компьютерлік (есептеу) жүйесі дегеніміз құрамына есептеу техникасы енген ақпараттық жүйе.

Компьютерлік желілерді түйіндері арасындағы қашықтық бойынша келесі түрлерге бөлуге болады:

- жергілікті желі (локальды – LAN-Local Area Network); оның түйіндері бір бірінен қашықтықтары ондаған-жүздеген метр болатын, шектелген территорияға орналасқан болады;

- корпоративтік желі бір бірімен байланысқан жергілікті (LAN) желілерден тұрады; ол көбінесе бір мекеменің территориясында құрастырылады;

- территориялық желілер үлкен географиялық аумақты қамтитын желілер; оларды аймақтық (MAN-Metropolitan Area Network) және глобальды (WAN-Wide Area Network) желілер деп бөлуге болады.

Глобальды желілердің ішінен Интернет желісін ерекше атауға болады.

Интернет (Internet) дегеніміз ондаған мың есептеу желілерін, жүзден аса мемлекетті, миллиондаған түінді электронды есептегіш машиналарды, ондаған миллион пайдаланушыларды қамтитын аса үлкен мегажелі.

Кейінгі жылдары глобальды компьютерлік желілер оқу-білім саласы мен ғылыми жұмыстарды ұйымдастыруға үлкен әсерін туғызды. Сырттай және қашықтан (дистанциялық) оқыту жүйелерінде ақпарат алмасу, дәрістер тыңдау, әдістемелік және оқу құралдарының электронды нұсқаларын алу, электронды кітапханалардың қызметтерін пайдалану және тағы басқа көптеген қызметтерді орындауға мүмкіншілік туды.

Ғылыми зерттеулер мен басқа творчестволық жұмыстарда ақпарат алмасудың маңыздылығы зор болғандықтан Интернет желісінің қажеттілігі арта түседі. Мысалы, соңғы жылдары кеңінен таралып, мамандар пайдалана бастаған интеллектуальды интернеттің көмегімен алыс қашықтықта орналасқан мамандармен және ғылыми орталықтармен байланыс орнатып, бірлескен ұжым ретінде жұмысты ұйымдастыру мүмкіндігі туды. Соңғы кезде медицина саласында, интеллектуалды интернет кеңінен қолданыла бастады. Осының дәлелі ретінде Орта Азия мемлекеттерін Европамен және басқа елдермен байланыстыратын CAREN (Central Asian Researchers And Higher Education) инновациялық интернетін келтіруге болады.

Желілердегі ақпарат алмасу. Қазіргі заманғы дүние жүзінің барлық дерлік мемлекеттерінің экономикасы мен ғылымының дамуы, білім жүйесі мен мәдениетінің өркендеуі ақпарат алмасумен тығыз байланысты. Компьютерлік техника мен оған негізделген технологиялар адамзат өмірінің бөлуге болмайтын қажеттілігіне айналды. Дербес компьютерлердің, жұмыс станцияларының және басқа компоненттердің жұмыс істеу мүмкіншіліктерінің, олардың қуаттарының артуына байланысты ақпаратты пайдаланушылардың компьютерлік желілерге қоятын талаптары да өсуде. Осыған байланысты компьютерлік желілердің ақпарат өткізу мүмкіншілігін арттыру өзекті мәселе болып отыр.

Соңғы кезде компьютерлік желілерді құрастыру және пайдалану ең көп көңіл бөлінетін салаға айналды. Оның кепілі ақпараттық технологиялар мен компьютерлік техниканың және оған қажетті программалық жабдықтың үдемелі дамуы. Ғылым мен техниканың осылайша дамуы глобальды желі – Интернеттің және аймақтық глобальды желілердің (мысалы, интеллектуальды интернет желісі CAREN – Central Asian Researches and Education Network) пайда болуына, олардың адамзат қызметінің барлық облыстарында ақпарат алмасу ісіне кеңінен пайдалануына әкелді.

Жоғарыда айтылғандай, ақпараттық технологиялардың үдемелі дамуының нәтижесінде глобальды Интернет желісі қарқынды өсті. Қазіргі кездегі Интернет бір бірімен байланысқан, бірдей деректер алмасу ережелерін пайдаланатын ондаған мың компьютерлік желілерден (миллиондаған компьютерлер мен пайдаланушылардан) тұратын глобальды (мегажелі) желі.

Глобальды Интернет желісінің дамуы глобальды корпоративтік байланыстарды орнатуға жағдай жасады. Интернет желісі пайдаланушыларға әртүрлі коммуникация әдістері мен ақпаратқа қол жеткізу тәсілдерін ұсынады, сондықтан көпшілік компаниялар үшін Интернет олардың ақпарат жүйелерінің бөлінбес бөлігіне айналған. Интернеттің әсерімен корпоративтік желілерде жаңа intranet деген түсінік пайда болды.

Енді корпоративтік желілерді құрастыруға Интернеттің беретін мүмкіншіліктері қарастырылсын.

Арзан әрі қолжетімді коммуникациялық арналары. XXI – ші ғасырдың басында Интернеттің қарқынды дамуы мен ұжымдық қол жеткізуге арналған желілердің пайда болуы ақпарат тарату мен оған деген қолжетімділіктің сапасының ерекше артуына әкелді. Пайдаланушылар Интернеттің арзан әрі қолжетімді коммуникациялық арналарын пайдаланатын мүмкіншілік алды. Кәсіпорындар, қаржыны үнемдеу мақсатында, осы арналарды коммерциялық және басқарушы ақпараттарды жеткізуге пайдалана бастады.

Әмбебаптық. Интернет желісі қашықта орналасқан пайдаланушылар арасында ақпарат алмасуды қамтамасыз ету үшін құрастырылған болатын. Интернет технологиясының пайда болуы қазіргі кезде кең тараған World Wide Web (WWW) қызметінің пайда болуына келтірді. Осы технологияның арқасында пайдаланушылар тікелей қосылатын режимде ақпаратпен жұмыс істейтін мүмкіншілікке ие болды. Ақпаратты қарастыратын утилиттер мен ақпараттық серверлер арасында ақпарат алмасу интерфейстерін стандарттаудың арқасында барлық платформалар үшін пайдаланушыға бірдей интерфейс ұйымдастыруға болады.

Интернетте әртүрлі ақпараттар мен қызметтерге қолжетімділік. Интернет деректер жеткізу бойынша транспорттық қызметтерден басқа жоғары дәрежедегі көптеген келесі қызмет түрлерінің орындалуын (Интернет-сервистерді) қамтамасыз етеді:

- дүниежізілік World Wide Web өрмегі;

- DNS домендерінің аттарының сервисі;

- FTP файл архивтеріне қол жеткізу;

- электрондық пошта (e-mail);

- телеконференциялар (Usenet);

- ICQ, IRC қатынас сервисі;

- Telnet сервисі;

- Интернеттен ақпарат іздеу.

Осы қызметтерді ұсынатын компьютерлерді серверлер деп, ал қызметтерді пайдаланатын компьютерлерді клиенттер деп атайды. Осындай терминдер программалық жабдықтар үшін де қолданылады. Интернет желісі оған қосылған өте көп хост-түйінділердің көмегімен әртүрлі мол ақпаратқа қол жеткізеді.

Хост дегеніміз компьютер немесе компьютерлердің тобы. Ол компьютерлер Интернет желісіне қосылған және өзіндегі құралдар мен қызметтерді пайдаланушыларға беруге дайын. Осы компьютерлердің көпшілігі серверлердің ролін атқарады, өздерінің электронды ресурстарына – деректеріне, қосымшаларына және қызметтеріне (сервистеріне) қол жеткізеді. Компаниялар өз желілерін сыртқы ресурстармен байланыстырып, тұрақты коммуникациялар мен ақпарат ағымын жүзеге асырады. Осылайша қаржыны үнемдеуге және тиімділікті арттыруға мүмкіндік алады.

Қолдануға жеңілдігі. Интернет технологияларын пайдалану үшін қызметкерлерге арнайы дайындық қажет емес. Локальды желілерді глобальды желілерге қосу үшін арнайы компьютерлер (маршрутизаторлар мен шлюздер) қолданылады. Олардың көмегімен локальды желі желіаралық байланыс арналарына қосылады. Маршрутизаторлар мен шлюздер локальды желілерді бір бірімен қосады, содан кейін арнайы программалық жабдықтың көмегімен деректерді бір желіден екіншісіне жеткізеді. Глобальды желілердің құрылымы өте күрделі әрі артық байланыстары болады. Маршрутизаторлар мен шлюздер оңтайлы маршруттарды табуды қамтамасыз ету арқылы хабарламалардың ағынын жылдамдатады. Локальды желілер арасындағы жоғары жылдамдықты байланыс арналарын орнатуды жүзеге асыру үшін талшықты-оптикалық кабельдер немесе байланыс Жер серіктері пайдаланылады. Желіаралық баяу байланыс арналары үшін телефон желілері пайдаланылады.

Корпоративтік компьютерлік желілерді интражелілер технологиясын пайдаланып құрастыру дегеніміз деректерді тасымалдау үшін TCP/IP стегін және оларды бейнелеу үшін Web технологиясын пайдалану.

Компьютерлік желілердің ашық ISO/OSI моделі. Компьютерлік желілерді құрастырғанда шешілуге тиісті негізгі мәселе – жабдықтардың электрлік және механикалық сипаттарының сәйкестігін, ақпараттық жабдықтың (программалар мен деректердің) деректерді кодтау мен форматтарының сәйкестігін қамтамасыз ету. Бұл мәселені шешу стандарттау облысына жатады.

Компьютерлік желілердегі стандарттаудың әдістемелік негізі ретінде желілік қатынас құралдарын жасаудағы көпдеңгейлік тәсіл қолданылады. Осы тәсіл мен Халықаралық стандарттар ұйымының ISO (International Standards Organization) техникалық ұсыныстарының негізінде 1980 жылы ашық жүйелердің қатынастарының ашық жүйесінің стандартты моделі OSI (Open Systems Interconnection) құрастырылған.

Бұл модель қазіргі кезде кең тарап, ашық жүйеде ақпарат алмасудың эталондық моделі болып есептеледі. Бұл жерде «ашық модель» деген термин басқа жүйелермен қарым-қатынас жасай алатын жүйені білдіреді. ISO/OSI моделі компьютерлік желілердің дамуында маңызды роль атқарды.

OSI моделі жүйенің әртүрлі деңгейдегі қатынастарын анықтайды, әрбір деңгейдің қандай функцияны орындайтындығын көрсетеді. OSI моделінде қатынас құралдары жеті деңгейге бөлінеді (1- сурет):

- қолданбалы (Application);

- өкілділік (Presentation);

- сеанстық (Session);

- транспорттық (Transport);

- желілік (Network);

- арналық (Data Link);

- физикалық (Physical).

Ең жоғарғы деңгей - қолданбалы деңгей (суретте 7 - ші), ал ең төменгісі – физикалық деңгей (суретте 1-ші). Пайдаланушы қолданбалы деңгейде қосымшалармен байланыста болса, ал физикалық деңгейде құрылғылар арасында сигналдармен алмасады. Байланыс арналары арқылы деректер жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге қарай орындалады. Содан кейін байланыс жолы арқылы тасымалданып, соңында, төменгі деңгейден жоғарыға дейін қозғалудан клиенттің компьютерінде деректер қайта қалпына келтіріледі.

-

- -- - - - - - - - - -

- - - - - - - - - -

- - - - - - - - -

Байланыс арнасы Байланыс арнасы

1 сурет - OSI эталондық моделі

Желінің әртүрлі ресурстарының (электронды есептегіш машина мен деректерді жіберетін және қабылдайтын сыртқы құрылғылар) келісілген қарым-қатынастары орнатылуы тиіс. Қажетті сәйкестікті қамтамасыз ету үшін компьютерлік желінің архитектурасының әрбір деңгейінде арнайы стандартты протоколдар деп аталатын процедуралардың көмегімен орындалады.

Протокол дегеніміз ақпарат алмасу процесіне қатынасушылардың деректерді қажетті бағытқа жіберуді және дұрыс бейнелеуді қамтамасыз етуге бағытталған келісімдердің жиыны. Басқаша айтқанда, протокол екі немесе бірнеше қатынасушылардың (желіні пайдаланушылардың) арасындағы байланыс жасау процедурасының алгоритмі.

Протокол желінің бір деңгейдегі, бірақ әртүрлі түйінде орналасқан компоненттері алмасатын хабарламалардың тізбегі мен форматын анықтайтын ережелерді белгілейді. Ақпарат алмасу көпфункционалды процесс болғандықтан протоколдар да жоғарыда келтірілген деңгейлерге бөлінеді.

Желідегі түйіндердің қатынасын иерархиялық түрде ұйымдастыруға жеткілікті протоколдардың жиынын коммуникациялық протоколдардың стекі деп атайды. Бұл жерде ISO/OSI моделі мен ISO/OSI протоколдар стекін ажырата білу қажет. ISO/OSI моделі ашық жүйелердің қатынастарының концептуалды схемасы, ал ISO/OSI протоколдар стекі дегеніміз модельде анықталатын қатынастардың жеті деңгейі үшін протоколдардың нақты спецификацияларының жиыны.

Коммуникациялық протоколдар программа түрінде де, аппараттық түрде де жүзеге асырылады. Төменгі деңгейдегі протоколдар программалық және аппараттық құралдармен, ал жоғары деңгейдегі протоколдар тек программалық құралдармен жүзеге асырылады.

Енді OSI моделінің деңгейлерінде орындалатын функциялар туралы қысқаша мәліметтер берілсін.

Қолданбалы (Application) деңгейі ең жоғарғы 7 - ші деңгей деп саналады. Бұл деңгейге қолданбалы процестерді басқару құралдары кіреді. Бұл процестер қойылған тапсырмаларды орындау үшін бірігуі, бір бірімен ақпарат алмасуы мүмкін.

Өкілділік (Presentation) деңгейі немесе 6 - шы деңгейде деректерді бейнелеу функциялары (кодтау, форматтау, құрылымдау) жүзеге асырылады.

Сеанстық (Session) деңгей немесе 5 - ші деңгей желінің станцияларының арасындағы диалогты ұйымдастыру мен синхрондауға (үйлестуруге) арналған. Бұл деңгейде байланыс типі, тапсырманың басы мен соңы, байланысқан абоненттердің сұраныстармен және жауаптармен алмасуының тізбегі мен режимі анықталады.

Транспорттық (Transport) деңгей немесе 4 - ші деңгей желідегі ақпарат берілісінің арналарын басқаруға арналған. Бұл деңгейде желінің шетте орналасқан пунктер арасындағы байланыс қамтамасыз етіледі, оның функциялары деректердің дестелерін (пакеттерін) құрастыру және бөлшектеу, қателерді табу мен жою, ақпарат берілісінің жылдамдығы мен сенімділігін қамтамасыз ету сияқты қызметтерді орындайды.

Желілік (Network) деңгейде немесе 3 - ші деңгейде ақпарат дестелерін желінің аралық түйіндері арқылы жіберуді басқару, желінің жұмысына зияндық туғызбау мақсатында желіге түсетін жүктемені бақылау, дестелерді жіберетін маршруттарды анықтау және жүзеге асыру сияқты қызметтерді атқарады. Маршруттарды анықтау дегеніміз логикалық арналарды анықтау.

Логикалық арна дегеніміз деректер алмасуы мүмкін болатын желі деңгейіндегі екі немесе бірнеше нысандарды виртуалды қосу.

Арналық (Data Link) деңгей немеес 2 - деңгей алдыңғы желілік деңгейдегі логикалық нысандармен деректер алмасуға қажетті қызметтерді ұсынады. Сонымен бірге, кадрларды құрастыру мен жеткізуге байланысты функцияларды, келесі физикалық деңгейде пайда болатын қателерді табу және жөндеуге арналған функцияларды орындайды.

Кадр дегеніміз арналық деңгейдегі десте (пакет). Алдыңғы деңгейлерде дестеге бір немесе бірнеше кадрлар кіруі мүмкін. Локальды желілерде екі түрлі төменгі деңгейлер қарастырылады: арнаға қол жеткізуді басқару (MAC – Medium Access Control) және логикалық арнаны басқару (LLC – Logical Link Control).

Физикалық (Physical) деңгей немесе 1 - ші деңгей арналық деңгейдегі логикалық нысандардың арасындағы логикалық байланыстарды орнату, қолдау және ажыратуға арналған механикалық, электрлік, функционалдық және процедуралық құралдарды ұсынады, физикалық орта арқылы деректердің биттерін жеткізудің функцияларын жүзеге асырады. Осы физикалық деңгейде ақпарат электрлік сигнал түріне келтіріледі.

Желінің бір түйінінде орналасқан, көрші деңгейдегі протоколдарды жүзеге асыратын модульдер бір бірімен белгілі бір ережелер мен стандартталған хабарламалар форматтарына сәйкес қарым - қатынаста болады. Мұндай ережелерді деңгейаралық интерфейс деп атайды. Деңгейаралық интерфейс белгілі деңгейден көрші деңгейге берілетін сервистердің жиыны.

Протокол мен интерфейс жақын түсініктер. Олардың айырмашылығы мынада: протоколдар бір деңгейдегі әртүрлі түйіндердегі модульдердің қатынасының ережелерін анықтаса, ал интерфейстер бір түйіндегі көрші деңгейлер арасындағы қатынастың ережелерін анықтайды.

Кейінгі дәрістерде криптографиялық протоколдар туралы және олардың фуекциялары қарастырылатын болады. Мұнда криптография криптографиялық функцияларды орындайды немесе протоколдарды қолданумен шешілетін есептердің қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.