Лекции по "Информатике"

• правила инициализации и поддержания работы в сети;
• описание информационных сетевых пакетов (пакетов данных) семейства IP;
• правила обращения с IP-пакетами (идентификация, проверка целостности, обработка, пересылка, приём и т. д.).

Эти решения оказались успешными, стандартизация протоколов позволила  подключать к сети компьютеры с различным  базовым программным обеспечением. Появилось понятие «трафик», трактуемое в единицах обмена информацией, которым стали измерять реальную загрузку сети. Технология передачи данных IP-пакетами оказалась чрезвычайно перспективной в техническом отношении, однако в чисто пользовательском плане её необходимо было дорабатывать, так как скорость передачи данных не могла компенсировать значительные затраты времени на поиск нужной информации в огромных массивах данных.

В марте 1989 года Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee, Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire - CERN, Женева) предложил концепцию распределённой информационной системы с целью «объединения знаний человечества», которую он назвал «Всемирной паутиной» (World Wide Web - WWW). Для её создания он объединил две существующие технологии - технологию применения IP-протоколов для передачи данных и технологию гипертекста (Hypertext Technology). Эта технология основана на реализации быстрого перехода от одного фрагмента текста к другому по выделенным ссылкам (Dedicated Links), при этом указанные фрагменты могут располагаться на физически разделенных компьютерных носителях. Информационная система, построенная на этих принципах, могла объединить множество информационных ресурсов, разбросанных по многочисленным открытым базам данных.

Основная метафора Web-гипертекста - это «электронная книга» с автоматически поддерживаемыми мгновенными переходами по ссылкам. Сам же термин гипертекст был впервые предложен Тедом Нельсоном в 1965 году, а первую работающую гипертекстовую систему создал в 1968 году Дуг Энгельбард.

В 1991 году был создан первый браузер (Browser) - компьютерная программа просмотра гипертекста, - работавший в режиме командной строки. Этот браузер был текстовым, способным отображать только буквы и цифры. Назывался тот первый браузер очень просто – «WorldWideWeb» (без пробелов, в отличие от названия самой технологии). Немного позже во избежание путаницы он был переименован в Nexus. Бернерс-Ли использовал для создания своего браузера компьютер NeXT под управлением операционной системы NeXTStep, под ней же браузер и работал. Основанный на текстовом редакторе, «WorldWideWeb» позволял редактировать страницы, так что его можно считать и первым специализированным редактором веб - страниц. Его применение позволило уже в 1992 году успешно реализовать предложенный проект, направленный в конечном итоге на создание «бесшовного информационного пространства» (Seamless Informational Area), охватывающего всю планету.

Сам Тим Бернерс-Ли был одновременно занят ещё множеством прочих проблем и не особо желал отдавать все свое время новому детищу, в то время распространенному только в академических кругах Европы. Его соратником стал коллега Роберт с труднопроизносимой фамилией Каиллиагу. После прихода Роберта «WWW» окончательно был оформлен в самостоятельный проект. Вскоре появились и новые версии Nexus (экс-«WWW»). Несмотря на кажущуюся по нынешним временам примитивность, первые браузеры обладали вполне нормальной функциональностью. Поскольку используемые сетевые протоколы появились задолго до рождения интернета, браузеры с самого начала стали использовать их для получения и передачи данных. Пользователи могли просматривать локальные и удалённые файлы, обмениваться данными по протоколу FTP, искать страницы по ключевому слову и даже читать новости, размещённые на соответствующих серверах. После того, как появилась возможность быстро и удобно получать доступ к веб-страницам, уже к 1993 году число хостов насчитывало около 2 млн., а в интернете было доступно более 600 веб-сайтов. Но чего-то все же не хватало...

15 мая 1992 года пользователям был представлен первый браузер, обладающий графическим интерфейсом и способный отображать картинки, размещённые на веб-страницах. Он назывался Viola и был, в принципе, расширенным вариантом уже известного WWW/Nexus, только работал под управлением системы XWindow. Этот браузер стал первым интернет - приложением, поддерживающим встроенные в веб - страницы интерактивные объекты, а также таблицы, формы и таблицы стилей. Соответственно, на веб - страницах стали размещать изображения, причём инициатором появления в Сети картинок стал все тот же Тим Бернерс-Ли.

Уже через полгода с подачи программиста Марка Андреесена, работавшего в  американском Национальном центре суперкомпьютерных приложений (NCSA), на свет появилась альфа-версия браузера Mosaic, работавшего под ОС Windows. Почувствовав открывающиеся перспективы, Марк с командой единомышленников покинул NCSA, чтобы организовать собственную компанию Mosaic Communications. Через некоторое время Mosaic перерос в Netscape. Одной из основ успеха стало то, что с самого начала Mosaic был полноценным графическим браузером, и именно в нём появились многие всем сейчас привычные элементы управления. Именно Mosaic стал основой для создания Internet Explorer - код одной из ранних версий был куплен компанией Microsoft.

С точки зрения пользователя, информационное пространство «всемирной паутины» состоит из документов различного формата (мультемедиа-документов), предметных указателей и ссылок. Для перехода по ссылке или поиска по указателю пользователь применяет соответствующий браузер, «понимающий» язык разметки гипертекста. Поисковая система отыскивает по ссылке или ключевым словам в «паутине» нужный каталог, читает его структуру, считывает нужный документ и пересылает его пользователю. Web-сервер автоматически генерирует гипертекстовое представление требуемых файлов по запросам пользователя.

В сентябре 1994 года Оливер Мак-Брайан (Oliver McBryan) из Колорадского университета (США) разработал одно из первых автоматических средств составления предметного  указателя для WWW, названное WWW-Worm. За несколько минут Worm формировал базу данных из 300000 мультимедийных объектов, которые можно было находить по ключевым словам. Можно считать, что с этого момента информационное пространство World Wide Web было в принципе сформировано (рис. 10.1). Дальнейшее развитие шло по линии совершенствования технологий поиска, передачи, обеспечения безопасности, разработки и стандартизации различных Web-интерфейсов, повышающих комфорт использования Web-технологий. С середины 90-х годов эти технологии стали находить все более широкое применение во многих сферах человеческой деятельности.

Рис. 10.1.  Информационное пространство WWW

Основными элементами технологии WWW являются:

• язык гипертекстовой разметки документов (Hyper Text Markup Language - HTML);
• протокол обмена гипертекстовой информацией (Hyper Text Transfer Protocol - HTTP);
• универсальный способ адресации ресурсов в сети (Universal Resource Identifier - URI, и Universal Resource Locator - URL);
• система доменных имён (Domain Name System - DNS);
• универсальный интерфейс шлюзов (Common Gateway Interface - CGI);
• расширяемый язык разметки (eXtensible Markup Language – XML).

Язык гипертекстовой разметки HTML создан на опыте использования редактора TeX и системно - и аппаратно-независимых методов представления текста в электронной форме (Standard Generalized Markup Language - SGML, стандарт ISO 8879). Основная идея гипертекста заключается в присутствии внутри ASCII-текста форматирующих полей и ссылок как на части внутри документа, так и на другие документы. Благодаря этому можно просматривать документы в том порядке, в каком требуется, а не последовательно. База данных гипертекста является частью файловой системы, которая содержит текстовые файлы в формате HTML и связанные с ними другие ресурсы.

Текстовый формат XML добавился несколько  позже и был предназначен для  описания систем хранения структурированных данных. Целью создания формата XML было обеспечение совместимости при передаче структурированных данных между разными системами обработки информации, особенно при передаче таких данных через Internet, а также для создания на его основе более специализированных языков разметки, иногда называемых словарями. Словари, основанные на XML, сами по себе формально описаны, что позволяет программно изменять и проверять документы на основе этих словарей, не зная их семантики, то есть не зная смыслового значения элементов. Важной особенностью XML также является применение так называемых пространств имен (Name Space).

Для получения файла из Internet браузеру нужно знать, где находится файл и как общаться с компьютером, на котором этот файл находится. Программа-клиент WWW передаёт имя необходимого файла, его местоположение в Internet (адрес хоста) и метод доступа (обычно протокол HTTP или FTP). Комбинация этих элементов формирует универсальный идентификатор ресурса (Universal Resource Identifier - URI). URI определяет способ записи адресов различных информационных ресурсов. В основу URI были заложены идеи расширяемости, полноты и читаемости. Реализация URI для WWW является способом адресации в сети (Universal Resource Locator - URL).

Internet является совокупностью эффективных  методов коммуникации (на базе  современных стандартизированных протоколов связи) и работы с информацией, находящейся на удаленных носителях. Кроме непосредственных функций по транзиту данных любых типов технологии Internet обеспечивают широкий спектр разнообразных информационных услуг, реализуемых различными службами:

• служба пересылки и приёма сообщений (E-mail);
• служба гипертекстовой среды (WWW);
• служба передачи файлов (File Transfer Protocol - FTP);
• служба удаленного управления компьютером (Teletype Network - Telnet);
• служба имён доменов (Domain Name System);
• служба телеконференций (Users Network - Usenet) и чат-конференций (Internet Relay Chat - IRC).

Сотни компаний - разработчиков программного обеспечения для Web создают новые  технологии и инструментальные средства для навигации, работы в Сети и разработки пользовательских приложений. К их числу можно отнести:

• программы просмотра и навигации (браузеры);
• средства поиска и доставки информации (поисковые машины);
• программное обеспечение Internet и Web-серверов, серверные приложения и расширения;
• средства администрирования в сетях;
• клиентские приложения и расширения (Web-сервисы);
• инструментальные средства разработки;
• средства обеспечения безопасности.

Инструментальные средства разработки Internet-приложений разнообразны и включают:

• редакторы гипертекста и графические редакторы;
• средства разметки карт изображений и конверторы изображений;
• средства мультимедиа (аудио, анимация, видео);
• средства генерации виртуальной реальности;
• средства и языки программирования серверных и клиентских приложений и расширений.

Редакторы гипертекста формируют HTML-файлы в режимах программирования или WYSIWYG (What You See Is What You Get). Можно использовать и обычные текстовые редакторы, а также средства, встроенные в браузеры. К этой же группе относятся конверторы, «перегоняющие» офисные документы в гипертекст. Графические редакторы служат для создания изображений, включаемых в гипертекст.

Средства разметки карт изображений позволяют разбить изображение на участки и связать гиперссылки с каждым из них. Такие средства могут быть встроены в графический редактор. Конверторы изображений обеспечивают преобразование форматов, размеров и цветов, создание специальных эффектов.

Средства мультимедиа предназначены для создания звукового и музыкального сопровождения, анимационных и видеороликов. Часто воспроизведение файлов мультимедиа осуществляется клиентскими расширениями или специальными Helper-программами.

Средства генерации виртуальной реальности позволяют запрограммировать трехмерные сцены и управление ими на языке VRML (Virtual Reality Modeling Language). Ввиду того, что процесс воспроизведения виртуальной реальности достаточно сложен, могут потребоваться дополнительные средства автоматизированного проектирования и анимации. Для просмотра Web-страниц с VRML- изображениями необходимо использовать соответствующие браузеры, например: WebSpace от Silicon Graphics или VRML-расширения для Internet Explorer или Netscape Navigator.

Системы программирования клиентских приложений предназначены для разработки и отладки сценариев (на языках VBScript или JavaScript) и мобильных приложений (на языке Java), выполняемых на стороне клиента. В качестве средств программирования серверных приложений могут применяться как обычные системы программирования (Visual Basic, C/C++, Java), так и интерпретаторы команд (UNIX-shell, REXX) и интерпретаторы и компиляторы сценариев на JavaScript, VBScript и Perl. Для создания клиентских и серверных расширений используются системы программирования, которые позволяют создавать компоненты с использованием механизмов ActiveX или Plug-in, представленных в виде встроенных или дополнительных библиотек интерфейсов.

Средства администрирования, как правило, поставляются в составе программного обеспечения Web-сервера и служат для конфигурирования, активации и мониторинга Web-сервисов, для контроля актуальности гиперссылок и связности гипертекстовой структуры, для учета и протоколирования использования серверов, для настройки и сопровождения системы безопасности.

Средства безопасности могут быть встроены в программное обеспечение Internet-серверов или представлены в виде дополнительных компонентов: комплексов Firewall и Proxy-серверов, выполняющих фильтрацию данных на различных уровнях.

На ранних стадиях развития сеть Internet была «улицей с односторонним  движением», так как информация с  Web-страниц поступала к пользователю от Web-сервера только при наличии запроса пользователя. С появлением в языке HTML диалоговых свойств пользователь получил обратную связь с Web-сервером. Обмен параметров при этом осуществляется через специальный графический интерфейс (Computer Graphical Interface - CGI).