Основы искусственного интеллекта

1. Основы искусственного интеллекта

1
Основы искусственного
интеллекта

2. Понятие об искусственном интеллекте

Система искусственного интеллекта (ИИ)- это
2
программная
система, имитирующая на компьютере
процесс мышления человека. Для создания такой
системы необходимо изучить сам процесс мышления
человека, решающего определенные задачи или
принимающего решения в конкретной области,
выделить
основные
шаги
этого
процесса
и
разработать
программные
средства,
воспроизводящие их на компьютере.
Методы ИИ предполагают простой структурный
подход к разработке сложных программных средств
принятия решений.

3.

Искусственный интеллект- это направление
информатики, целью которого является разработка
аппаратно-программных
средств,
позволяющих
пользователю-непрограммисту ставить и решать
свои интеллектуальные задачи , общаясь с
компьютером
на
ограниченном
подмножестве
естественного языка.
Термин
«искусственный
интеллект»
(AIArtificial Intelligence) был предложен в 1956 г.на
семинаре с аналогичным названием в Дартмутском
колледже (США).
Семинар был посвящен разработке методов
решения логических задач.
Вскоре после признания ИИ особой областью
науки
произошло
его
разделение
на
два
направления: нейрокибернетику и кибернетику
«черного ящика»
3

4.

Нейрокибернетика вобрала в себя основной
4
постулат: «Единственный объект, способный
мыслить,- это человеческий мозг, поэторму
любое мыслящее устройство должно так или
иначе воспроизводить его структуру»
Нейрокибернетика
ориентируется
на
программно-аппаратное
моделирование
структур, подобных структуре мозга.
Усилия нейрокибернетики были сосредоточены
на
создании
элементов,
аналогичным
нейронам,т
и
на
их
объединении
в
функционирующие системы- нейронные сети.
Первые
попытки
создания
нейросетей
с
неутешительными
результатами
были
предприняты в 1956-1965 гг.

5. Транспьютеры

5
Первый нейрокомпьютер был создан в Японии
в рамках проекта «ЭВМ пятого поколения».
Ограничения по памяти и быстродействию ЭВМ были
практически
сняты.
Появились
транспьютерыкомпьютеры с большим количеством процессоров,
реализующим параллельные вычисления.
Транспьютерная технология- это один из
десятка новых подходов к аппаратной реализации
нейросетей, которые моделируют иерархическую
структуру мозга человека.

6.

В настоящее время можно выделить три
основные
разновидности подходов к созданию
6
нейросетей:
1. Аппаратный,
направленный
на
создание
специальных компьютеров, нейрочипов, плат
расширения, наборов микросхем и др.
2. Программный,
направленный
на
создание
программ
и
программных
инструментариев,
расчитанныых
на
высокопроизводительные
компьютеры; такие виртуальные сети создаются
в памяти компьютера, при этом всю работу
выполняют его собственные процессоры.
3. Гибридный, представляющий комбинацию первых
двух способов.

7. Кибернетика «черного ящика» и искусственный интеллект В основу этого подхода заложен принцип, противоположный нейрокибернетике.

Кибернетика «черного ящика» и
7
искусственный
интеллект
В основу этого подхода заложен
принцип,
противоположный
нейрокибернетике.
Определяющим
принципом
данного
направления
служит тот факт, что
в данном
случае не имеет значение, как
устроено «мыслящее устройство», главное, чтобы на заданные входные
воздействия оно реагировало также,
как человеческий мозг.

8. Кибернетика «Черного ящика»

Это направление искусственного интеллекта
было ориентировано на поиск алгоритмов
решения
интеллектуальных
задач
на
существующих
моделях
компьютеров.
Существенный вклад в становление новой науки
внесли
Маккартни,
Минский,Ньюэлл,Саймон,Шоу,Хант и др.
В
конце
1950
годов
появилась
модель
лабиринтного поиска.
Начало 1960-х стало эпохой эвристического
программирования. Эвристика- это некоторое
правило, теоретически не обоснованное, но
позволяющее сократить количество переборов в
пространстве
поиска.
Эвристическое
программирование- это разработка стратегии
действий на основе известных, заранее известных
эвристик.
8

9.

В 1963-1970-х к решению задач стали
подключать
методы
математической
логики.
9
Робинсон разработал метод резолюций, который
позволяет автоматически доказывать теоремы при
наличии набора подходящих аксиом. На основе
метода резолюций француз Альбер Кормероэ в 1973
году создал язык логического программирования
Prolog.
Примерно в это же время существенный прорыв в
развитии практических приложений искусственного
интеллекта произошел в США, когда в середине 197-х
на
смену
поиску
универсального
алгоритма
мышления пришла идея моделировать конкретные
знания специалистов- экспертов. В США появились
первые коммерческие системы, основанные на
знаниях, или- экспертные системы (ЭС). Две первые
ЭС для медицины и химии- Mycin и Dendral

10.

Стал применяться новый подход к решению задач
искусственного
интеллекта- представление знаний. В
10
начале 1980-х объявил о глобальной программе
развития новых технологий ESPRIT.
Начиная с середине 1980-х повсеместно происходила
коммерциализация искусственного интеллекта. Рос
интерес к самообучающимся системам.

11. Сетевые кабели

11
В большинстве сетей для передачи сигналов между
компьютерами применяются кабели, их три вида:
- коаксиальный кабель;
- витая пара;
- оптоволоконный кабель.

12.

12 Оптическое волокно имеет круглое сечение и
состоит из двух частей — сердцевины и оболочки.
Для обеспечения полного внутреннего отражения
абсолютный показатель преломления сердцевины
несколько выше показателя преломления оболочки.
Луч света, направленный в сердцевину, будет
распространяться по ней, испытывая многократные
переотражения от границы раздела «сердцевина —
оболочка».
В оптоволоконном кабеле цифровые данные
распространяются по оптическим волокнам в виде
модулированных
световых
импульсов.
Это
надежный способ передачи, так как электрические
сигналы при этом не передаются. Следовательно,
оптоволоконный
кабель
нельзя
вскрыть
и
перехватить данные.

13.

13
Оптоволоконные линии предназначены для перемещения
больших объемов данных на очень высоких скоростях, так
как сигнал в них практически не затухает и не искажается.
Оптоволокно передает сигналы только в одном
направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон:
одно – для передачи, другое – для приема.

14.

Аппаратура для построения сетей
14
• Хабы (концентраторы) – дублируют полученные
данные на все порты.
• Свитчи (коммутирующие хабы, коммутаторы) –
передают полученные данные только адресату.

15.

Схема (топология) «общая шина»
15
Рабочая
Станция
сервер
РС
РС
РС
РС
терминатор
шина
простота, малый расход кабеля
легко подключать рабочие станции
при выходе из строя РС сеть работает
при разрыве шины сеть выходит из строя
низкий уровень безопасности
один канал связи, передача по очереди
возможны конфликты (одновременная передача данных)
сложно искать неисправности (непонятно, кто "завесил" сеть)
длина шины ограничена (затухание сигнала)

16.

Схема «кольцо»
16
РС
РС
сервер
РС
РС
РС
размер сети до 20 км
при выходе из строя любого компьютера или
разрыве линии сеть не работает
низкая безопасность
скорость передачи данных падает при увеличении
размеров сети
сложно подключать новую РС

17.

Схема «звезда»
17
сервер
РС
РС
РС
РС
РС
единый центр управления, конфликты невозможны
высокий уровень безопасности (всё идет через сервер)
на каждой линии только 2 компьютера – проще обмен
данными
обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
все точки подключение собраны в одном месте (проще
ремонт)

18.

Схема «звезда»
18
сервер
РС
РС
РС
РС
РС
если сервер вышел из строя, сеть не работает
большой расход кабеля
ограничение количества клиентов (8 или 16)
размер ограничен

19.

Пассивная «звезда»
19
РС
РС
хаб
(свитч)
сервер
РС
РС
обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети
все точки подключение собраны в месте (проще ремонт)
можно наращивать размер (цепочка хабов)
нет центрального компьютера (безопасность???)
если хаб вышел из строя, сеть не работает
большой расход кабеля
! Обладает свойствами звезды и общей шины.

20.

Смешанные схемы
20
Звездно-шинная
хаб
Звездно-кольцевая
хаб
хаб

21.

Широковещательные сети имеют один канал связи,
совместно
используемым всеми машинами сети. Сообще21
ния, посылаемые одной машиной, принимаются всеми
машинами. В сообщении указывается, кому оно направляется. При получении компьютером сообщений обрабатываются только те, которые адресованы ему, прочие
игнорируются.
Сети с передачей от узла к узлу состоят из
большого количества соединенных пар машин. В такой
сети сообщению необходимо пройти через ряд
промежуточных машин, чтобы добраться до пункта
назначения.

22.

Связи между сетями
22
Мост
(bridge) соединяет две локальные сети. Работает как
свитч, но имеет свой процессор.
мост
Вариант: компьютер с двумя сетевыми картами.
Маршрутизатор (router) пересылает пакеты по
специальным правилам – таблицам маршрутизации
(из локальной сети в Интернет). Определение
кратчайшего пути, обход поврежденных участков.
… или компьютер

23.

Связи между сетями
23
Шлюз
(gateway) – служит для соединения сетей с разными
протоколами (сеть персональных компьютеров и
аппаратура).
промышленная сеть
шлюз

24. Беспроводная среда

24
Беспроводные Wi-FI (Wireless-Fidelity) компьютерные
сети — это технология, позволяющая создавать
вычислительные сети, полностью соответствующие
стандартам для обычных проводных сетей без
использования кабельной проводки. В качестве носителя
информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧдиапазона.
Беспроводная ЛВС выглядит и функционирует
практически так же, как и кабельная, за исключением среды
передачи. Беспроводный сетевой адаптер с трансивером
установлен в каждом компьютере, и пользователи работают
так, будто их компьютеры соединены кабелем.

25.

Беспроводные сети
25
Каналы
связи:
• радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с)
• инфракрасное излучение (5-10 Мбит/с)
• инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с)
не нужно прокладывать кабель
удобно для пользователей с ноутбуками
дальняя связь – до нескольких тысяч
километров
Технология WiFi (Wireless Fidelity)
точка доступа
до 50 компьютеров

26.

Беспроводные сети
26
проблемы совместимости с другими
радиоисточниками
низкая безопасность обмена данными
слабая помехозащищенность
Технология WiFi (Wireless Fidelity)
точка доступа
до 50 компьютеров

27.

Обмен данными в сетях
27
Протокол – это набор соглашений и правил,
определяющих порядок обмена данными в сети.
В сетях, подключенных к Интернету – протокол
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet
Protocol)
Разбивка на пакеты (до 1,5 Кб):
Адрес
получателя
Адрес
отправителя
Длина пакета
Данные
Контрольная
сумма
Контрольная сумма: вычисляется по данным с
помощью специального алгоритма.
CRC = Cyclic Redundancy Check

28.

Трансивер или точка доступа обеспечивает
28
обмен
сигналами
между
компьютерами
с
беспроводным подключением и кабельной сетью.
Используются небольшие настенные трансиверы,
которые устанавливают радиоконтакт с переносными
устройствами.
Обычно
беспроводные
компоненты
взаимодействуют с сетью,
в которой в качестве
среды передачи используется кабель. Такие сети
называют гибридными.

29. Платы сетевого адаптера

29
Сетевой адаптер (СА) выступает в качестве
физического интерфейса, или соединения, между
компьютером и сетевым кабелем. Плата СА
вставляется в слоты расширения материнской
платы, к разъему платы подключается сетевой
кабель.
Функции платы СА:
• подготовка данных к передаче по сетевому
кабелю;
• передача данных;
• управление потоком данных между компьютером и
кабельной системой.
• прием данных из кабеля и перевод их в форму,
понятную ЦП компьютера

30.

Плата СА должна также указать свой сетевой
адрес, чтобы ее могли отличить от других плат
сети.
Сетевые адреса определены комитетом IEEE
(Institute of Electrical and Electronics Engineers,
Inc.),
который
закрепляет
за
каждым
производителем плат сетевого адаптера некоторый
интервал адресов. Производители зашивают эти
адреса в микросхемы, поэтому каждый компьютер
имеет свой уникальный номер, то есть адрес в сети.
30

31.

31
Перед тем, как послать данные по сети, плата СА
проводит электронный диалог с принимающей
платой, в результате которого они устанавливают:
• максимальный размер блока передаваемых
данных;
• интервал между передачами блоков данных;
• интервал, в течение которого необходимо
послать подтверждение;
• скорость передачи и др.

32. Сетевые стандарты

32 Основной
задачей, решаемой при создании
компьютерных
сетей,
является
обеспечение
совместимости:
- оборудования по электрическим характеристикам;
- программ и данных по кодированию и формату
данных.
Решение
этой
задачи
относится
к
стандартизации и основано на модели OSI (модель
взаимодействия открытых систем – Model of Open
System Interconnections). Она создана на основе
технических предложений Международного института
стандартов ISO (International Standards Organization).

33. Сетевые стандарты

33
Согласно
модели
ISO/OSI
архитектуру
компьютерных сетей следует рассматривать на разных
уровнях (общее число уровней – до семи: прикладной,
представления, сеансовый, транспортный, сетевой,
передачи данных, физический).

34.

34

35.

Перед отправкой в сеть данные разбиваются
на35
пакеты, передаваемые между устройствами сети
как единое целое. Пакет проходит последовательно
все уровни от прикладного до физического, при
этом на каждом уровне к пакету добавляется
форматирующая
или
адресная
информация,
необходимая для безошибочной передачи данных
по сети.
На принимающей стороне пакет также
проходит через все уровни, но в обратном порядке.
По достижении пакетом Прикладного уровня
вся служебная информация будет удалена, и
данные примут свой первоначальный вид.
Таким образом, только Физический уровень
модели
может
непосредственно
послать
информацию соответствующему уровню другого
компьютера.

36.

Для обеспечения необходимой совместимости на
каждом
из семи возможных уровней архитектуры
36
компьютерной сети действуют специальные правила
называемые протоколами. Они определяют характер
аппаратного
взаимодействия
компонентов
сети
(аппаратные протоколы) и характер взаимодействия
программ и данных (программные протоколы)
Физически
функции
поддержки
протоколов
исполняют аппаратные устройства (интерфейсы) и
программные
средства
(программы
поддержки
протоколов).
Так, например, если два компьютера соединены между
собой
прямым
соединением,
то
на
низшем
(физическом) уровне протокол их взаимодействия
определяют конкретные устройства физического
порта (параллельного или последовательного) и
механические компоненты (разъемы, кабель и т. п.).

37.

На более высоком уровне взаимодействие
между
компьютерами определяют программные
37
средства, управляющие передачей данных через
порты.

38. Эталонная модель OSI

38 В
1978 г. ISO (International Standards
Organization) выпустила набор спецификаций,
описывающих модель взаимодействия открытых
систем, то есть систем, доступных для связи с
другими системами. В 1984 г. ISO выпустила новую
версию своей модели, названную эталонной
моделью взаимодействия открытых систем ISO. Эта
версия стала международным стандартом. Ее
спецификации используют производители при
разработке сетевых продуктов, ее придерживаются
при построении сетей. Полностью модель носит
название ISO OSI (Open System Interconnection
Reference Model, кратко модель OSI).
Модель OSI определяет, что должен делать
каждый уровень.

39. Стандарт IEEE Project 802

39
Стандарты IEEE были опубликованы раньше
модели OSI, но оба проекта разрабатывались
примерно в одно время и при полном обмене
информацией. Это и привело к созданию двух
совместимых продуктов.
Project 802 установил стандарты для физических
компонентов сети – сетевых адаптеров и кабельной
системы,
которые
работают
на
Канальном
и
Физическом уровнях модели OSI.

40. Сетевые архитектуры

40
Сетевые архитектуры – это комбинация
сетевых стандартов, методов доступа к сетевому
ресурсу, топологий, протоколов, необходимых для
создания работоспособной сети.
Методы доступа к сетевому ресурсу
Метод доступа – набор правил, которые определяют,
как компьютер должен отправлять и принимать
данные по сетевому кабелю. Обычно несколько
компьютеров в сети имеют совместный доступ к
кабелю. Однако если два компьютера попытаются
передавать
данные
одновременно,
их
пакеты
столкнутся и будут испорчены. Возникает так

41. Методы доступа к сетевому ресурсу

41
Существуют
три
метода
доступа:
множественный доступ с контролем несущей, доступ с
передачей маркера, доступ по приоритету запроса.
Множественный доступ с контролем несущей
подразделяется на:
- множественный доступ с обнаружением коллизий;
множественный
доступ
с
предотвращением
коллизий.

42.

Множественный
доступ
с
обнаружением
коллизий
(CSMA/CA ) предполагает, что компьютер
42
может начать передачу только тогда, когда убедится,
что кабель свободен – трафик отсутствует. Пока
кабель занят, ни один из компьютеров не может вести
передачу.
Если
возникает
коллизия,
то
эти
компьютеры
приостанавливают
передачу
на
случайный интервал времени, а затем вновь стараются
наладить связь.
Множественный доступ с предотвращением
коллизий (CSMA/CD) предполагает, что каждый
компьютер
перед
передачей
данных
в
сеть
сигнализирует о своем намерении, поэтому остальные
компьютеры узнают о готовящейся передаче и могут
избежать коллизий. Однако широковещательное
оповещение увеличивает общий трафик и уменьшает
пропускную способность сети. Поэтому CSMA/CA

43.

Доступ с передачей маркера
заключается в
следующем:
43
- пакет особого типа, маркер (token), циркулирует от
компьютера к компьютеру;
- компьютер, чтобы послать данные в сеть, должен
сначала дождаться прихода маркера, захватить его,
затем можно передавать данные;
- когда какой-либо компьютер наполнит маркер своей
информацией и пошлет его по сетевому кабелю,
другие компьютеры уже не смогут передавать данные,
так как в каждый момент времени только один
компьютер использует маркер. В сети не возникает ни
состязания, ни коллизий, ни временных задержек.

44.

Пакет содержит номер, чтобы затем пакеты
можно было собрать в правильной
последовательности, передаваемые данные и
дополнительную информацию примерно такого
формата:
- адрес получателя;
- адрес отправителя;
- длина;
- данные;
- поле контрольной суммы (по нему определяется
правильность передачи пакета).
44

45.

Доступ по приоритету запроса (demand priority
Относительно
новый метод доступа, он учитывае
45
своеобразную конфигурацию сетей состоящих тольк
из концентраторов и оконечных узлов. Концентраторы
управляют доступом к кабелю, последовательн
опрашивая каждый узел в сети и выявляя запросы н
передачу. При доступе по приоритету запроса, как
при CSMA/CD, два компьютера могут конкурировать з
право передать данные. Однако в этом метод
реализуется принцип, по которому определенные типы
данных,
если
возникло
состязание,
имею
соответствующий приоритет. Получив одновременн
два
запроса,
концентратор
вначале
отдае
предпочтение запросу с более высоким приоритетом
Если запросы имеют одинаковый приоритет, они буду
выполнены в произвольном порядке.

46. Internet как иерархия сетей

Слово
Internet
происходит
от
выражения
interconnected networks (связанные сети). Это
глобальное сообщество малых и больших сетей. В
широком
смысле
–
это
глобальное
информационное
пространство,
хранящее
огромное количество информации на миллионах
компьютеров, которые обмениваются данными.
К концу 1969 г. в США был завершен проект
ARPAnet подключением в одну компьютерную сеть
четырех исследовательских центров. Проект также
предусматривал проведение экспериментов в
области компьютерных коммуникаций, изучение
способов поддержания связи в условиях ядерного
нападения
и
разработку
концепции
децентрализованного управления военными и
гражданскими объектами в период ведения войн.
46

47.

47

48.

В 1972 г. Минобороны США начало разработку
новой программы Internetting Project с целью
изучения методов соединения сетей между собой.
Выдвигались
требования
максимальной
надежности передачи данных при заведомо низком
качестве
коммуникаций,
средств
связи
и
оборудования и возможности передачи больших
объемов информации.
В 1974 г. была поставлена задача разработки
универсального протокола передачи данных,
которая была решена созданием протокола
передачи данных и объединения сетей –
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
(TCP/IP). В 1983 г. Был осуществлен перевод
ARPAnet на TCP/IP.
48

49.

В 1989 г. в Европейской лаборатории физики
49
элементарных частиц (CERN, Швейцария, Женева)
Тим
Бернерс-Ли
разработал
технологию
гипертекстовых документов – World Wide Web,
позволяющую пользователям иметь доступ к
любой информации, находящейся в сети Internet
на компьютерах по всему миру.
К 1995 г. темпы роста сети показали, что
регулирование
вопросов
подключения
и
финансирования не может находиться в руках
одного Национального научного фонда США, и в
этом же году произошла передача региональным
сетям оплаты за подсоединение многочисленных
частных сетей к национальной магистрали.

50. Передача данных по сети

50Двоичные
данные содержатся в больших по
объему
файлах.
Передавать
файл
целиком
невозможно, т.к. это задержит на долго работу других
компьютеров в сети. Кроме того возникновение
приводит к необходимости повторной передачи всего
большого блока данных.
Как известно, файлы при передаче разбиваются
на маленькие управляемые блоки, содержащие все
необходи-мые сведения для их передачи. Эти блоки
называются пакетами. Пакеты передаются в сети как
единое целое.
При разбиении данных на пакеты сетевая ОС
добавляет
к
каждому
пакету
специальную
управляющую информацию, которая обеспечивает
передачу данных, сбор данных в определенном
порядке (при их получении), проверку данных на

51. Сетевые протоколы

51
Протоколы, как известно, – это набор правил и
процедур,
регулирующих
порядок
обмена
данными.
Протоколы работают на разных
уровнях
модели
OSI.
Функции
протокола
определяются уровнем, на котором он работает.
Несколько протоколов могут работать совместно. В
этом случае они образуют так называемый стек,
или набор, протоколов. Как сетевые функции
распределяются по всем уровням модели OSI, так и
протоколы совместно работают на различных
уровнях стека.

52.

До середины 80-х годов большинство ЛВС были
52
изолированными.
С развитием ЛВС и увеличением
объема передаваемой ими информации они стали
компонентами больших сетей.
Данные, передаваемые из одной локальной сети в
другую по одному из возможных маршрутов,
называются маршрутизированными, а протоколы,
поддерживающие передачу данных между сетями
по нескольким маршрутам, – маршрутизируемыми.
Такие
протоколы
служат
для
объединения
локальных сетей, поэтому их роль постоянно
возрастает. TCP/IP
–
стандартный
промышленный
набор
протоколов,
обеспечивающий связь в неоднородной среде, то
есть
между
компьютерами
разных
типов.
Совместимость – одно из основных преимуществ
TCP/IP.

53.

Стек TCP/IP включает и другие протоколы:
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – для обмена E53
mail;
- FTP (File Transfer Protocol) – для обмена файлами;
- SNMP (Simple Network Management Protocol) – для
управления сетью.
TCP/IP разрабатывался специалистами оборонного
ведомства США как маршрутизируемый, надежный
и функциональный протокол. Его назначение –
обеспечивать взаимодействие между узлами даже
в случае ядерной войны.
Протокол TCP/IP в точности не соответствует
модели OSI. Вместо 7 уровней в нем используется
только четыре:
- уровень сетевого интерфейса;
- межсетевой уровень;
- транспортный уровень;
- прикладной уровень.

54. Подключение компьютера к Internet

54
Подключение к Internet домашнего компьютера
выполняется, как правило, с помощью модема.
У провайдера имеется набор модемов, так
называемый модемный пул. После соединения с
ISP
(Internet
Service
Provider),
компьютер
становится частью сети данного ISP.
ISP-провайдеры имеют так называемые точки
присутствия
POP
(Point
of
Presence),
где
происходит
подключение
локальных
пользователей. Провайдер может иметь точки
присутствия POP в нескольких городах. В каждом
городе находятся аналогичные модемные пулы, с
которыми соединяются локальные клиенты этого
провайдера.
Провайдер
обычно
арендует
волоконно-оптические линии для соединения всех
своих точек присутствия.

55.

Внутри провайдерской сети клиенты могут
связываться между собой. А для связи между
провайдерами используют-ся точки доступа NAP
(Network Access Points) провайдерской сети к Internet
, трафик между ними течет через NAP. Аналогично
подключаются другие провайдеры, в результате чего
образуется объединение множества сетей.
Офисные компьютеры обычно подключены к
локальной сети, которая, чаще всего, через
выделенную линию соединяется с провайдером.
Каждый компьютер в Internet, имеет доступ к
любому его узлу, независимо от того, где он
расположен территориально.
55

56. Протоколы Internet

56
Развитие и объединение компьютерных сетей
привело к необходимости передачи данных из одной
локальной сети в другую по одному из ряда
возможных
маршрутов.
Протоколы,
поддерживающие передачу данных между сетями по
нескольким
маршрутам
называются
маршрутизируемыми.
Internet
использует
стандартный
промышленный
маршрутизируемый
набор
протоколов
TCP/IP,
обеспечивающий связь
в
неоднородной среде, то есть между компьютерами
разных типов.

57.

57
TCP/IP в точности не соответствует модели OSI.
Вместо 7 уровней в нем используется только 4:
1. Уровень сетевого интерфейса.
2. Межсетевой уровень.
3. Транспортный уровень.
4. Прикладной уровень.
Каждый из них соответствует одному или
нескольким уровням модели OSI.

58.

Различают два типа протоколов: базовые и
58
прикладные.
К базовым относятся уровень сетевого
интерфейса, межсетевой уровень (IP), транспортный
уровень (TCP).
Базовые протоколы отвечают за физическую
пересылку сообщений между компьютерами в сети
Internet,
прикладные
за
функционирование
специализированных служб. Например, протокол
HTTP
служит
для
передачи
гипертекстовых
сообщений, протокол FTP — для передачи файлов,
SMTP служит для передачи электронной почты.
Как и в OSI набор протоколов разных уровней,
работающих
одновременно,
называют
стеком
протоколов. Каждый нижележащий уровень стека
протоколов
имеет
свою
систему
правил
и
предоставляет сервис вышележащим.

59.

На нижнем уровне используются два основных
протокола: IP (Internet Protocol – протокол Internet) и
TCP (Transmission Control Protocol – протокол
управления передачей). Архитектура протоколов
TCP/IP предназначена для объединения сетей разных
типов, работающих в соответствии со своими
принципами и типом связи. При этом каждая сеть
может принять пакет информации и доставить его по
указанному адресу.
59

60.

Предположим,
имеется
некое
послание,
60
отправляемое
по электронной почте. Передача почты
осуществляется по прикладному протоколу SMTP,
опирающемуся на протоколы TCP/IP.
Согласно протоколу TCP, отправляемые данные
разбиваются на небольшие пакеты фиксированной
структуры и длины, маркируются таким образом,
чтобы при получении данные можно было бы собрать
в правильной последовательности.
Электронное
письмо
может
состоять
из
нескольких сотен таких пакетов. Малая длина пакета
не приводит к блокировке линий связи и не
позволяет
отдельным
пользователям
надолго
захватывать канал связи.

61.

К каждому TCP-пакету протокол IP добавляет
адреса отправителя и получателя. Это аналогично
61
помещению адреса на конверт.
Доставка пакета по адресу выполняется с
помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому
маршруту передавать информацию. Маршрутизатор —
это устройство, которое работает с несколькими
каналами связи, направляя в выбранный канал
очередной блок данных.
Для
каждого
поступающего
пакета
маршрутизатор по данным IP-адреса определяет, кому
из ближайших соседей необходимо переслать данный
пакет, чтобы он быстрее оказался у получателя. При
этом географически самый короткий путь не всегда
оказывается оптимальным (быстрый канал на другой
континент может быть лучше медленного в соседний
город).
Взаимосвязанные пакеты данных могут
передаваться различными путями.

62.

Независимо от длины пути в результате
62
конечного
числа пересылок TCP-пакеты достигают
адресата.
Наконец,
TCP-модуль
адресата
собирает
и
распаковывает IP-конверты, затем распаковывает
TCP-конверты и помещает данные в нужной
последовательности. Если чего-либо не достает, он
требует переслать этот пакет снова.
Пакеты
не
только теряются, но и могут искажаться при передаче
из-за наличия помех на линиях связи. TCP решает и
эту проблему. В конце концов, информация
собирается в нужном порядке и полностью
восстанавливается.

63. Адресация в Internet

63
Каждому компьютеру, подключенному к Internet,
присваивается идентификационный номер, который
называется IP-адресом. При сеансовом подключении к
Internet IP-адрес выделяется компьютеру только на
время этого сеанса.
IP-адрес имеет 4 байта, например, 193.27.61.137.
Четыре числа в IP-адресе называются октетами, общее
количество IP-адресов 232, то есть примерно 4,3 млрд
комбинаций, за исключением некоторых
зарезервированных адресов.

64.

Октеты делят на две секции: Net и Host. Netсекция используется для того, чтобы определить
64
сеть,
к которой принадлежит компьютер. Host,
который называют узлом, определяет конкретный
компьютер в сети.
Но числовая адресация не удобна и ее стали
заменять текстовой. В 1983 году в Висконсинском
университете США была создана так называемая
DNS-система (Domain Name System), которая
автоматически устанавливает соответствие между
текстовыми именами и IP-адресами. Вместо чисел
была предложена ставшая сегодня для нас
привычной запись типа www. myname. gorod. ru.
Подобным же образом осуществляется сортировка
обычной почты.
Таким образом, при пересылке
информации компьютеры используют цифровые
адреса, люди — буквенные, а DNS-сервер служит
своеобразным переводчиком.

65. Система адресации URL

65
Чтобы найти документ в сети Internet,
достаточно знать ссылку на него — так называемый
универсальный указатель на ресурс URL (Uniform
Resource Locator — унифицированный указатель
ресурса),
который указывает
местонахождение
каждого файла, хранящегося в Internet.
Адрес URL является сетевым расширением
понятия полного имени ресурса. В URL, кроме имени
файла и директории, где он находится, указывается
сетевое имя компьютера, на котором этот ресурс
расположен, и протокол доступа к ресурсу, который
можно использовать для обращения к нему.

66. Доменные имена

В доменной системе имен реализуется принцип
66
назначения
уникальных (неповторимых) имен в
рамках соответствующих сетевых групп (доменов),
поэтому никакие два домена, где бы они ни
находились в Internet, не смогут получить
одинаковые имена.
В именах домены отделяются друг от друга
точками: addressx.msk.ru. В имени может быть
различное количество доменов, (обычно не больше
5).
Для перевода буквенного доменного имени в
IP-адрес цифрового формата служат DNS-серверы. В
качестве примера рассмотрим адрес group. facult.
univers. rst. ru. Первым в имени стоит название
рабочей машины — реального компьютера с IPадресом.

67.

Это имя создано и поддерживается группой
facult.
Группа
входит
в
более
крупное
67
подразделение univers, далее следует домен rst – он
определяет имена ростовской части сети, a ru —
российской.
Каждая страна имеет свой домен: ru – Роосия,
au – Австралия, be – Бельгия и т.д. Это
географические домены верхнего уровня.
Помимо
географического
признака
используется
организационный
признак,
в
соответствии с которым существуют следующие
доменные имена первого уровня:
com — коммерческие предприятия,
edu—образовательные учреждения,
gov — государственные учреждения,
mil — военные организации,
net — сетевые образования,
org — учреждения других организаций и сетевых

68.

Во время приема запроса на перевод
доменного имени в IP-адрес DNS-сервер выполняет
68
одно из следующих действий:
- отвечает на запрос, выдав IP-адрес, если знает IPадрес запрашиваемого домена;
- взаимодействует с другим DNS-сервером для того,
чтобы найти IP-адрес запрошенного имени, если он
его не знает (такой запрос может проходить по
цепочке DNS-серверов несколько раз);
- выдает сообщение: "Я не знаю IP address домена,
запрашиваемого вами, но вот IP address DNSсервера, который знает больше меня";
- сообщает, что такой домен не существует.

69.

Рассмотрим некоторый URL:
69
http://www.abc.def.ru/kartinki/SLIDE.htm
Первая часть http:// (Hypertext Transfer
Protocol) — протокол передачи гипертекста, по
которому обеспечивается доставка документа с Webсервера, указывает браузеру, что для доступа к
ресурсу применяется данный сетевой протокол.
Вторая часть www.abc.def.ru - есть доменное
имя.
Третья часть kartinki/SLIDE.htm показывает
программе-клиенту, где на данном сервере искать
ресурс. В данном случае это файл в формате html, а
именно SLIDE.htm, который находится в папке
kartinki.

70. Сервисы Internet

70
Обычно
пользователи
идентифицируют
Internet со службой WWW (World Wide Web —
Всемирная паутина). Но это не так, ибо WWW — одна
из многочисленных служб Internet. По аналогии
Internet можно сравнить с системой транспортных
магистралей, а виды сервисов Internet – с
различными службами доставки.
В число наиболее часто используемых служб
Internet входят:
-электронная почта;
- WWW;
- служба новостей Internet;
- передача файлов по протоколу FTP;
- терминальный доступ по протоколу Telnet;
- и ряд других служб.

71. Электронная почта (E-mail ).

71
Каждый
пользователь E-mail в момент регистрации
получает дисковое пространство под почтовый ящик,
адрес этого почтового ящика (E-mail Account
Address), имя пользователя (E-mail Account Login
Name) и пароль (E-mail Account Password). Адрес
электронной
почты
имеет
формат:
имя_пользователя @ имя_домена,
Часть слева от значка @ — это имя почтового ящика
на сервере, из которого владелец этого адреса
забирает письма (у нас Ivanov). Часть справа от
значка @ является доменом Internet, где находится
почтовый сервер.
Нужно отметить, что носителем адреса электронной
почты является вовсе не конечный пункт доставки,
то есть не адрес нашего домашнего компьютера, а
адрес сервера, на котором мы будем получать почту.

72.

Электронная почта построена по принципу клиентсерверной архитектуры. Пользователь работает с
72
клиентской
программой, которая,
общается с
почтовым сервером.
Очевидно, что процедуры отправки и получения
почты требуют разной степени идентификации
личности, поэтому существуют и два протокола – на
отправку и на прием писем.
Для передачи писем используются протокол
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол
пересылки почты) и соответственно SMTP-серверы.
Обычно SMTP-серверы не требуют идентификации,
поэтому отправить письмо можно с любого сервера.
Для приема почтовых сообщений используется
протокол POP3 (Post Office Protocol — протокол
почтового офиса), который контролирует право
пользователя забирать почту из ящика и поэтому
требует предоставления имени пользователя и пароля.

73.

Преимущества электронной почты в сравнении
с обычной:
73
- дешевизна
(в сотни раз дешевле);
-возможность рассылки писем сразу большому
количеству получателей;
- высокая скорость доставки;
- удобство пересылки вложенных файлов;
- хранение писем в базе данных почтового клиента
позволяет
осуществлять
быстрый
поиск
и
сортировку почтовых отправлений.

74. WWW (World Wide Web — Всемирная паутина).

74
Самый популярный сервис Internet. WWW —
это
система
Web-серверов,
поддерживающая
документы, форматированные специальным образом.
Служба WWW реализована в виде клиентсерверной архитектуры. Пользователь с помощью
клиентской программы (браузера) осуществляет
запрос той или иной информации на сервере, а Webсервер обслуживает запрос браузера.
Браузер — это программа, обеспечивающая
обращение к искомому ресурсу на сервере по его URL,
интерпретирующая
полученный
результат
и
демонстрирую-щая его на клиентском компьютере.
Web-сервер — это программа, получающая httpзапросы и выполняющая в соответствии с этими
запросами определенные действия

75.

Протокол, по которому происходит доставка
Web-сервером
документа
Web-браузеру,
носит
75
название
HTTP (Hypertext Transfer Protocol —
протокол передачи гипертекста).
Гипертекст
—
это
текст,
содержащий
гиперссылки, связывающие слова или картинки
документа с другим ресурсом (с каким-нибудь еще
документом или с иным разделом этого же
документа), при этом подобные связанные слова или
картинки документа, как правило, выделяются,
обычно с помощью подчеркивания. Пользователь
может активировать эту связь щелчком мыши.
Со временем понятие гипертекста было
расширено до понятия гипермедиа. Гипермедиа — это
метод организации мультимедийной информации на
основе ссылок на разные типы данных.

76.

WWW — это глобальная гипертекстовая
система, организованная на базе Internet. WWW
76
представляет собой механизм, при помощи которого
связывается информация, доступная посредством
многочисленных Web-серверов во всем мире.
Документ, доступный через Web, называют Webстраницей, а группы страниц, объединенные общей
темой и навигационно, — Web-узлами, или Webсайтами.
Популярность WWW обусловлена тем, что
можно не только просматривать чужие страницы и
иметь доступ к огромному количеству информации,
представленной на сотнях миллионов компьютеров,
но и создать собственные ресурсы и таким образом
донести любую информацию до всех будущих
посетителей сайта.
Иными словами, WWW — это глобальный
механизм
обмена
информацией:
одни
люди

77. Поиск в Internet

77 Для
поиска в Интернете предназначены
различные инструменты:
поисковые
машины,
индексированные
каталоги,
метапоисковые
системы, тематические списки ссылок, онлайновые
энциклопедии и справочники.
Индексированные
каталоги
содержат
информацию, иерархически структурированную по
темам. Тематические разделы первого уровня
определяют широко популярные темы, такие как
спорт, отдых, наука, магазины и т.д. В каждом
разделе
есть
подразделы.
Таким
образом,
путешествуя по дереву каталога можно постепенно
сужать область поиска. Дойдя до нужного
подкаталога, находим в нем набор ссылок.

78.

Обычно в каталоге все ссылки являютс
профильными,
поскольку составлением каталого
78
занимаются
не
программы
а люди.
Очевидно, что информацию по некоторой широко
теме целесообразно искать по каталогу, поиск ж
конкретного документа по каталогу малоэффективен.
Если внутри отдельной темы каталога находитс
огромное количество ресурсов, возникает проблем
выбора. В некоторых каталогах имеется сортировка п
популярности, например в каталоге Яндекс сортировк
идет по индексу цитирования.
Тематические списки ссылок – это списки, состав
ленные группой профессионалов или коллекционерам
одиночками. Часто узкоспециализированная тема може
быть раскрыта одним специалистом лучше, чем группо
сотрудников крупного каталога.

79.

Поисковые машины. В ответ на запрос мы
обычно
получаем длинный список документов,
79
многие из которых не имеют никакого отношения к
теме запроса, они называются нерелевантными.
Поисковая машина состоит из двух частей:
робота ка и поискового механизма.
База данных робота формируется в основном
им самим (робот сам находит ссылки на новые
ресурсы) и в существенно меньшей степени –
владельцами ресурсов, которые регистрируют свои
сайты в поисковой машине. Помимо робота, который
обходит все предписанные серверы и формирует базу
данных, существует программа, определяющая
рейтинг найденных ссылок.
Принцип работы поисковой машины сводится к
тому, что она опрашивает базу данных по ключевым
словам, из поля запроса, и выдает список ссылок,
ранжированный по релевантности.

80.

80 Поиск
по индексу заключается в том, что
пользователь формирует запрос и передает его
поисковой машине. Поисковая система обрабатывает
синтаксис запро-са и сравнивает ключевые слова со
словами в индексе. После этого составляется список
сайтов, отвечающих запросу, они ранжируются по
релевантности, и формируется результат поиска,
который и выдается пользователю.
Существует огромное количество поисковых
систем. Наиболее популярная на Западе поисковая
система – Google (www.google.com). Всемирно
популярный каталог Yahoo! в качестве поисковой
системы использует именно Google. В Рунете самыми
популярными поисковыми системами являются
Яндекс (www.yandex.ru) и Рамблер (www.rambler.ru).

81.

81 Метапоисковые системы. Существуют службы,
позволяющие
транслировать
запрос
сразу
в
несколько поисковых систем, — это метапоисковые
системы. Если документов по теме мало, метапоиск
обычно результативен, если же их много, то
метапоиск
может смешивать разные логики
ранжирования. Очень удобной в этом отношении
является отечественная программа ДИСКо Искатель
(www.disco.ru).
Онлайновые энциклопедии и справочники.
Очень часто нужно найти не документ, содержащий
то или иное ключевое слово, а именно толкование
искомого слова. Одной из крупнейших онлайновых
энциклопедий является ресурс Яндекс. Энциклопедии
(http://encycl.yandex.ru/). Этот проект содержит 219
968 статей из 14 энциклопедий.