Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy
Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Ing. Pavel Burian, CSc.

Internet inteligentních aktivit

TIRÁŽ TIŠTĚNÉ PUBLIKACE:

Vydala Grada Publishing, a.s.
U Průhonu 22, 170 00  Praha 7
tel.: +420 234 264 401, fax: +420 234 264 400
www.grada.cz
jako svou 5435. publikaci

Odpovědný redaktor Štěpán Böhm
Sazba Tomáš Brejcha
Počet stran 336
První vydání, Praha 2014

© Grada Publishing, a.s., 2014

V knize použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.

Vytisklo centrum digitálního tisku – powerprint s.r.o.

ISBN 978-80-247-5137-5

ELEKTRONICKÉ PUBLIKACE:

E-knihu ve formátu EPUB vytvořil Petr Somogyi

ISBN 978-80-247-9076-3 (ve formátu PDF)
ISBN 978-80-247-9077-0 (ve formátu EPUB)

Děkuji své přítelkyni Ing. Alexandře Trnkové za pomoc při překreslování obrázků.

Děkuji pracovníkům jihočeské společnosti MADETA a.s. za poskytnutí technických
i programových podkladů pro popis chování výrobní linky zakysaných výrobků.

Tato práce byla vypracovaná za podpory programu č. MSM 6046137306 MŠMT ČR, za což děkuji.

Úvod

Internet inteligentních aktivit se zaměřuje zejména na problematiku webových služeb, cloud computing (počítání typu cloud), výroby typu cloud, architektury SOA (Service Oriented Architecture), agentových technologií, portálu Oracle APEX, internetu „věcí“ (Internet of Things), distanční internetové výuky typu e-learning, ale i systému MATLAB, neuronových sítí, základních technických a programových prostředků sítě internet, např. mobilních sítí, tabletů, big data aj.

Cloud computing je dalším přirozeným krokem ve vývoji, v evoluci služeb a produktů týkajících se informačních technologií a systémů na vyžádání (on-demand). Jedná se o jistý „počítačový styl“, ve kterém jsou odpovídající kapacity informačních technologií poskytovány jako služby umožňující uživatelům přístup k těmto službám a technologiím prostřednictvím sítě internet, bez nutnosti expertních znalostí a řízení technologické infrastruktury, která podporuje tyto služby.

Cloud computing je paradigma, které se soustřeďuje na sdílení dat a počítání nad odstupňovanou, měřitelnou sítí uzlů. Příklady takových uzlů zahrnují počítače koncových uživatelů, datová centra a webové služby. Hlavní myšlenka užití takovéto existující infrastruktury je přinést všechny vykonavatelné služby do „mraku“ (Cloud), označující výše uvedené a vytvářející schopnost přístupu těchto služeb bez ohledu na čas a lokalitu umístění.

Výroba typu cloud je nová multidisciplinární oblast zahrnující „síťovou“ (network) výrobu, virtuální výrobu, agilní výrobu, internet věcí a počítání typu cloud (Cloud Computing). Uživatel může v rámci systému cloud požadovat služby od návrhu výroby, testování, ovládání a všechny další stupně výrobního cyklu. Jako nástroj virtualizace výrobního zařízení a výrobních zdrojů se používá agentová technologie.

SOA architektura je přístup pro volně vázané, na protokolu nezávislé a na standardech založené distribuované počítání (Computing), kde jsou použitelné zdroje k dispozici na síti (internet) ve formě služeb (webových). SOA se stává příslibem pro řešení podnikové technologie umožňující zvýšení agility a flexibility z hlediska uživatelů.

Servisně orientované počítání (SOC – Service Oriented Computing) odpovídá množině koncepčních přístupů, principů a metod, které reprezentují výpočetní proces, počítání (Computing) v servisně orientované architektuře SOA, ve které jsou programové aplikace konstruovány na základě systému služeb (Services) s nezávislými komponentami se standardními rozhraními (Interfaces).

Agent je aktivní, trvalá programová entita, mající své vlastní myšlenky o tom, jak provést úkoly vlastní agendy. Agenty mohou vnímat, chovat se „rozumně“ vůči svému okolí, působit na něj a mohou komunikovat s jinými agenty. Inteligentní agent má schopnosti: komunikovat každý s každým, pracovat společně s ostatními agenty, aby dosáhl společných cílů, působit na ostatní z vlastní iniciativy a používat lokálních informací a znalostí, aby ovládal lokální zdroje a vykonával požadavky od jiných agentů.

Internet věcí je nedílnou součástí internetu budoucnosti, zahrnující stávající a rozvíjející se síť internet a může být koncepčně definována jako dynamická globální síťová infrastruktura s vlastními možnostmi konfigurace, založená na standardních komunikačních protokolech a interoperabilitě, kde fyzické a virtuální věci mají vlastní identitu, fyzické atributy a virtuální personalizované používané inteligentní rozhraní (agenty) a jsou integrovány do informační sítě.

V rámci internetu věcí se očekává, že „chytré“ věci, objekty a výrobky se stanou aktivními účastníky v oblasti obchodních, průmyslových, informačních a sociálních procesů, kde mohou vzájemně mezi sebou a též s prostředím interagovat, komunikovat a vyměňovat si data a informace citlivé na prostředí, zatímco reagují na skutečné události reálného světa a mají vliv na běžící procesy, které spouštějí události a vytváření služeb s nebo bez přímé účasti lidského činitele.

Co je internet věcí též vystihuje rovnice: internet + internet věcí = moudrost Země.

Distanční internetová výuka, systémy typu e-learning, Oracle iLearning jsou uvedeny pro výuku na univerzitě i v podniku.

Aplikace podobných výukových strategií pro všechny studenty ve třídě může být neefektivní. Inteligentní výukové systémy musí být adaptibilní, schopné se on-line přizpůsobit odlišnostem týkajících se jednotlivých studentů. Výukový objektový agent (Learning Object Agent) je odpovědný za vkládání schémat výukového stylu, výukových objektů. Virtuální třída poskytuje virtuální výukové prostředí pro distanční internetovou výuku a on-line spolupráci.

1.Cíle knihy

Jaké jsou cíle následujících kapitol? Čím se publikace zabývá?

Cíle následujících kapitol jsou zejména:

■Podat soubor informací tak, aby byly vhodné pro univerzitu, podnik i běžného uživatele.

■Popsat základní technické a programové prostředky pro práci se sítí internet.

■Naučit se pracovat se sítí internet na univerzitě, v podniku i u samostatného podnikatele.

■Popsat inteligentní aplikace v sítí internet.

■Pochopit nové příležitosti a výzvy, které síť internet přináší a bude přinášet.

■Stručně popsat jazyk Java a SQL.

■Popsat operační systémy pro mobilní zařízení jako operační systém Android a operační systém typu Windows Phone 7, 8 – WP 7, WP 8.

■Definovat pojem Big data, např. „open source“ platforma, a popsat nové přístupy a technologie k analýze a zpracování Big data v souvislosti s informačními systémy a sítí internet.

■Pochopit práci, použití a programování systému MATLAB jako integrované prostředí pro vědecko-technické výpočty, modelování, návrhy algoritmů, simulaci, analýzu a predikci dat, zpracování měřených signálů, návrhy řídicích a komunikačních systémů pro využití na univerzitě i v podniku.

■Popsat podporu pro řešení řady technických úloh s využitím umělých neuronových sítí, pomocí Neural Network Toolbox (NN-Toolbox) systému MATLAB.

■Popsat architekturu SOA (Service Oriented Architecture) jako přístup pro volně vázané, na protokolu nezávislé a na standardech založené distribuované aplikace, kde jsou použitelné zdroje k dispozici na síti (internet) ve formě služeb (webových).

■Popsat problematiku sítě internet a agentové technologie, komunikace, kooperace, vyjednávání (protokoly a metody), koordinace agentů, multiagentních systémů a servisně orientované architektury – SOA.

■Popsat systém cloud computing a služby jako nové příležitosti a výzvy pro informační systémy a technologie.

■Naučit se pracovat s veřejně přístupným portálem Oracle Application Express (Oracle APEX) přístupným na adrese http://apex.oracle.com.

■Popsat internet věcí (Internet of Things), objektů, inteligentních výrobků a určit jejich perspektivu v rozvoji sítě internet.

■Porozumět distanční internetové výuce a naučit se pracovat s výukovými systémy typu E-learning na univerzitě i v podniku.

■Pochopit, jak můžeme využít a „konstruovat“ virtuální výukovou třídu.

1.1Druhá kapitola

Druhá kapitola uvádí a popisuje internetové základní technické a programové prostředky pro informační systémy (IS) a technologie (IT). Jsou popisovány zejména prostředky počítačových sítí pro distribuované a globální informační systémy pracující na pevných a především mobilních komunikačních sítích. Je popisován internetový protokol TCP/IP a vybrané aplikační protokoly sítí TCP/IP a webové služby. Mobilní datová komunikace a mobilní internet jsou probírány z pohledu mobilních sítí GSM, 3G, 4G, LTE a dalších perspektiv vývoje. Operační systémy pro mobilní zařízení jako „chytrý“ telefon (SmartPhone) a tablet, zejména operační systém Android a Windows Phone 7, 8 – WP 7, WP8, jsou popisovány z pohledu uživatele, zvláště u systému Windows Phone 8 z pohledu nového uživatelského rozhraní a ovládání ne pomocí ikon, ale „dlaždic“, vše v rámci internetového prohlížeče. I na těchto mobilních zařízeních je k dispozici Microsoft Office Mobile poskytující interoperabilitu mezi Windows Phone a stolní verzí Microsoft Office. Dále je popisován operační systém Red Hat Enterprise Linux, který je navržen tak, aby podnikům usnadnil bezproblémový přechod k rozvíjejícím se modelům datových center, zahrnujícím virtualizaci a cloud computing. Tato distribuce podporuje hlavní hardwarové architektury, hypervizory a poskytovatele cloud computing technologie, díky čemuž je nasazení systému ve fyzických i různých virtuálních prostředích snadné a bezpečné. Jsou popisovány virtuální desktopy a datová centra. V rámci sítě internet mohou uživatelé využívat mnoho služeb, které jsou uváděny. Kapitola stručně popisuje podstatné rysy jazyka Java, dále jazyk SQL pro práci s databázovými systémy a jazyk XML (eXtensible Mark-up Language). Též se věnuje problematice sítě internet a sociálních sítí.

1.2Třetí kapitola

Základní a odvozené pojmy, které jsou v této kapitole definovány, jsou používány v ostatních kapitolách. V následujících kapitolách jsou podrobněji probírány vybrané trendy a strategické technologie v rámci sítě internet. Induktivní a deduktivní způsoby myšlení pro internetové informační systémy a technologie a jejich vhodnost užití je dále diskutována.

Kapitola uvádí deset strategických technologií pro současné období, které vytipovali analytici společnosti Gartner Group, a které budou mít v příštím roce pro společnosti a firmy strategický význam. Jedná se o tablety, aplikace a rozhraní pro mobilní zařízení, práce s kontextem (i sociálním), internet věcí, on-line obchody s aplikacemi, řešení pro analýzy nové generace (řešení pro analýzy dat se budou posouvat do systému typu cloud computing a přitom budou schopny nabídnout analýzu i těch nejaktuálnějších dat), Big Data, in-Memory Computing, extrémně energeticky úsporné servery, cloud computing.

Kapitola se věnuje problematice výuky z hlediska předmětů a deduktivního způsobu myšlení, předmětů a induktivního způsobu myšlení na technických vysokých školách.

Induktivní a procesní způsob výuky IS/IT, ŘS TP (řídicí systémy technologických procesů) a jejich vzájemná provázanost je předpokladem plnění požadavků „sil tří C“ (Customer – zákazník, Competition – konkurence, Change – změna), které jsou součástí systému typu reengineering podnikových procesů s vlivem zejména na výuku předmětů z oblasti IS/IT a ŘS/TP.

Kapitola uvádí možnosti získávání dat pomocí induktivních přístupů tj. dolování dat, induktivních expertních systémů, neuronových sítí a příklady aplikací.

1.3Čtvrtá kapitola

Kapitola popisuje systém MATLAB, jeho základní charakteristiku a podrobnější vlastnosti, toolboxy – knihovny systému MATLAB, propojení systému MATLAB s databázemi pracujícími v intra/internetovém prostředí, program Simulink se systémem MATLAB pro simulaci dynamických systémů, souhrnné vlastnosti systému MATLAB, cloud computing a systém MATLAB, oblasti využití systému MATLAB, umělé neuronové sítě, Neural Network Toolbox systému MATLAB, simulaci průmyslových zařízení pomocí webových služeb, simulaci chování tanku T406 v intra/internetové síti pomocí webových služeb aj.

MATLAB je integrované prostředí pro vědecko-technické výpočty modelování, návrhy algoritmů, simulaci, analýzu a predikci dat, zpracování měřených signálů, návrhy řídicích a komunikačních systémů pro využití na univerzitě i v podniku.

MATLAB je nástroj jak pro pohodlnou interaktivní práci, tak pro vývoj širokého spektra aplikací.

Důležitou částí instalace systému MATLAB jsou knihovny funkcí (adresáře s .m a .mex typy souborů), které jsou nazývány toolboxy: Neural Network Toolbox, Statistics Toolbox, Optimization Toolbox, Financial Toolbox, Symbolic Math Toolbox, Database Toolbox pro práci s nejpoužívanějšími databázemi, jako je Oracle 10g, 11g; MySQL; Sybase; Microsoft SQL Server; Informix.

Jsou uvedeny oblasti využití systému MATLAB; problematika cloud computing a systém MATLAB; umělé neuronové sítě – základní popis a vlastnosti a využití Neural Network Toolbox systému MATLAB; simulace průmyslových zařízení pomocí webových služeb; simulace chování jogurtového zracího tanku T406 společnosti MADETA a.s. v intra/internetové síti pomocí webových služeb.

Simulink je interaktivní nástroj pro simulaci a modelování dynamických systémů, který využívá algoritmy systému MATLAB pro numerické řešení diferenciálních rovnic. Poskytuje uživateli možnost rychle a snadno vytvářet modely dynamických soustav ve formě blokových schémat a rovnic. Tyto výhody dělají program Simulink ideálním pro návrh řídicích systémů, návrh komunikačních systémů a dalších aplikací v oblasti dynamických systémů.

Simulink poskytuje kompletní sadu modelovacích nástrojů, které můžeme použít k vytváření detailních blokových schémat našeho systému. Vlastnosti jako např. knihovny bloků, hierarchické modelování, označování signálů a úprava vlastních subsystémů poskytují mocnou sadu možností pro vytváření, úpravy a opravy blokových schémat. Tyto modelovací vlastnosti společně se sadou předem definovaných modelovacích bloků usnadňují tvorbu našeho systému.

1.4Pátá kapitola

Kapitola popisuje SOA (Service Oriented Architecture) architekturu jako přístup pro volně vázané, na protokolu nezávislé a na standardech založené distribuované aplikace, kde jsou použitelné zdroje k dispozici na síti (internet) ve formě služeb (webových).

V rámci architektury SOA lze též využít vybrané služby společnosti Google.

SOA (Service Oriented Architecture) architektura je přístup pro volně vázané, na protokolu nezávislé a na standardech založené distribuované počítání (Computing), kde jsou použitelné zdroje k dispozici na síti (internet) ve formě služeb (webových). SOA se stává příslibem pro řešení podnikové technologie umožňující zvýšení agility a flexibility z hlediska uživatelů. Programové komponenty jsou služby založené na standardních protokolech. Agent je aktivní trvalá programová entita, mající své vlastní myšlenky o tom, jak provést úkoly vlastní agendy. Agenty mohou vnímat, chovat se „rozumně“ vůči svému okolí, působit na něj a mohou komunikovat s jinými agenty.

Jedna z webových internetových služeb společnosti Google na adrese http://docs.google.com nabízí textový procesor, editor, tabulkový editor, prezentaci a formulářovou aplikaci obdobné nástrojům Word, Excel a PowerPoint společnosti Microsoft. S nástroji společnosti Google lze pracovat on-line v reálném čase s možností sdílení jednoho dokumentu více uživateli.

1.5Šestá kapitola

Kapitola se týká problematiky sítě internet a agentové technologie, definice a stručného popisu, komunikace, kooperace, vyjednávání (protokoly a metody), koordinace agentů, multiagentních systémů a servisně orientované architektury – SOA, agentové metodologie orientované na služby – servisně orientované metodologie, skládání služeb v souvislosti s architekturou podniků a společností orientovaných na služby.

Jedna z definic agentů říká, že agent je aktivní trvalá počítačová entita, která může vnímat, chovat se „rozumně“ vůči svému okolí, působit na něj a může komunikovat s jinými agenty.

Schopnost komunikovat je často uváděna jako jedna z klíčových technologií agentových systémů.

Agenty a služby (Services) jsou dvě koncepce, které jsou více a více integrovány a vzájemně využívají výhody jedné a druhé.

Agentová technologie stále více uvažována jako jedna z nejzajímavějších technologií pro úspěšnou podporu SOA (Service Oriented Architecture) a SOC (Service Oriented Computing).

Typické agentové architektury mají mnoho společných rysů s webovými službami.

Srovnáme-li agentové technologie s nějakým ideálním mechanismem pro implementaci komplexních systémů, agentová technologie se ukazuje jako velmi vhodná pro aplikace vyžadující komunikaci, aplikace založené na distribuovaném počítání a informačních systémech a vyžadující autonomní komponenty adaptibilní vůči změnám.

1.6Sedmá kapitola

Cloud computing a služby jako nové příležitosti a výzvy pro podnikové informační technologie a systémy i pro univerzitní oblast jsou představeny v této kapitole.

Cloud computing je dalším přirozeným krokem ve vývoji, v evoluci služeb a produktů týkajících se informačních technologií, systémů na vyžádání (on-demand). Jedná se o jistý „počítačový styl“, ve kterém jsou odpovídající kapacity informačních technologií poskytovány jako služby umožňující uživatelům přístup k těmto službám, technologiím prostřednictvím sítě internet, bez nutnosti expertních znalostí a řízení technologické infrastruktury, která podporuje tyto služby.

Pošta typu e-mail je pravděpodobně první službou typu cloud. Existuje jistý posun v oblasti počítačového průmyslu týkajícího se poskytování platformy jako služby (Platform as a Service – PaaS) a programového vybavení jako služby (Software as a Service – SaaS) pro uživatele, podniky a společnosti v přístupu na vyžádání (on-demand) bez ohledu na čas (nezávisle v čase) a lokalitu.

Hostování (hosting) služeb a počítání typu cloud – cloud computing je stále populárnější a je mu předpovídána světlá budoucnost. Proč tomu tak je? Mezi hlavní důvody patří fakt, že služby typu cloud jsou schopny uspokojit potřeby jednotlivců, malých společností, firem i nadnárodních korporací za rozumnou cenu. Chce-li zákazník hostovat webovou aplikaci nebo případně hledá vhodné úložiště obrázků pro svou webovou galerii, pak služby typu cloud jsou velice dobrým řešením z pohledu výkonu i ceny. Zákazník totiž platí pouze za to, co skutečně spotřebuje.

Princip poskytování služeb na vyžádání – on-demand, je uplatňovaný také při poskytování programového vybavení. Tomuto modelu se také říká Software as a Service (SaaS). U podnikového programového vybavení je již několik let úspěšným průkopníkem SaaS společnost Salesforce.

Jsou uvedeni významní světoví i čeští poskytovatelé služeb typu cloud computing.

SOA (Service Oriented Architecture) architektura je přístup pro volně vázané, na protokolu nezávislé a na standardech založené distribuované počítání (Computing), kde použitelné zdroje jsou k dispozici na síti (internet) ve formě služeb (webových). SOA se stává příslibem pro řešení podnikové technologie umožňující zvýšení agility a flexibility z hlediska uživatelů. Programové komponenty jsou služby založené na standardních protokolech.

Je popisována problematika cloud computing v podnikové i univerzitní oblasti a příklady aplikací.

Je popisována průmyslová výroba v souvislosti s multiagentními systémy (MAS) a cloud computing, je popisována výroba typu cloud computing.

Jsou uvedeny příklady cloud computing a MAS aplikací ve vývojové i průmyslové oblasti v potravinářských a chemických procesech.

Touto kompletní problematikou cloud computing se zabývá kapitola 7.

1.7Osmá kapitola

Systémy typu Oracle Application Express neboli Oracle APEX jsou jedním z nástrojů pro vývoj webových aplikací, který usnadňuje tvorbu aplikací pro uživatele nepříliš znalých programovacích jazyků. Jeho popis, využití, tvorba návodu a ukázková aplikace (obsahující tabulky, editační formuláře, grafy a jiné komponenty) v prostředí tohoto portálu jsou tématem této kapitoly.

Jedním z cílů kapitoly je popsat prostředí a základní možnosti veřejně přístupného portálu Oracle APEX (http://apex.oracle.com), na příkladu předvést tvorbu jednoduché aplikace, a ukázat hotové řešení pro praktické využití.

Portál Oracle APEX lze instalovat do všech verzí databází Oracle od verze 9.2, v novějších edicích je tento program již jejich součástí. Doporučuje se však provést aktualizaci na aktuální vydání nástroje, portálu Oracle APEX. K vývoji aplikace či editaci hotových aplikací potom stačí jen webový prohlížeč.

Společnost Oracle, v souladu s jejími licenčními podmínkami, nabízí seznámení a práci s nástrojem, portálem Oracle APEX, bezúplatně na veřejně přístupné adrese http://apex.oracle.com. K tomuto účelu lze využít buď webový server apex.oracle.com, anebo instalaci nástroje Oracle Application Express na lokální disk. Obě možnosti umožňují vytvářet vlastní funkční aplikace, nebo využít hotové aplikační balíčky pro vlastní účely.

Kapitola naučí uživatele pracovat s portálem, nástrojem Oracle APEX, od přihlášení do administrace systému, popisu vývojového prostředí, popisu vývojových nástrojů, např. Application Builder – nástroj pro vytváření aplikací, tvorby databázové tabulky (Table), tvorby grafu (Chart), tvorby domovské webové stránky, tvorby dalších stránek – formuláře, grafy, reporty aj. části nástroje, portálu Oracle APEX, až po tvorbu kompletní webové portálové aplikace.

1.8Devátá kapitola

Přes mnoho technických a provozních otázek, které vyplývají ze stránek problematiky a koncepce internetu věcí (Internet of Things) a různých výkladů toho, co internet věcí je a co slibuje, že přinese, se zdá, že panuje všeobecná shoda, že internet věcí umožní uživatelům a sdíleným objektům sdílení informací hladkým, automatizovaným způsobem. V této souvislosti slibuje internet věcí vytvoření nové generace na síti internet, ve které se pohybujeme směrem k celosvětové propojenosti předmětů a věcí objektů s výrazným rozšířením oblastí působnosti internetových aplikací. Tato problematika, relativně omezené možnosti řízení na síti internet, stupňující se počet připojených zařízení, spolu s pohybem k jejich zvýšeným možnostem autonomnosti, představuje řadu problémů, které dosud nebyly prozkoumány. Tato kapitola se bude zabývat celou řadou technik, zaměřených na řešení výzvy vyplývající ze zvyšujícího se počtu připojených objektů, omezených možností výpočetní kapacity, omezených energetických možností, nespolehlivosti bezdrátových kanálů a nemožnosti všudypřítomného přístupu k síti a reálných interakcí uživatelů s ohledem na složitost architektury internetové sítě. V tomto rozsahu jsou v kapitole zkoumána tři hlavní vzájemně propojená témata:

1.Seskupování objektů do skupin s cílem překonat otázky škálovatelnosti, energetické účinnosti a robustnosti na druhé straně.

2.Použití programových (software) agentů k zastupování a správě objektů i uživatelů, pohyblivé části složitosti architektury a poskytování mostu mezi uživateli a věcmi.

3.Použití technik pro obousměrnou synchronizaci poznání vlastností objektů za účelem podpory operací a poskytnutí odolnosti v situacích, kdy má objekt pouze přerušované nebo nespolehlivé připojení k síti.

Jsou uvedeny role internetu věcí pro zvýšení autonomie a agility ve spolupracujícím výrobním prostředí. Autonomie a agilita jsou pro internet věcí nutností. Výzvy pro rozvoj internetu věcí jsou též součástí kapitoly.

Požadavky na celý internet můžeme chápat jako požadavky na obrovskou distribuovanou databázi.

Perspektiva, budoucnost sítě internet, založená na standardních komunikačních protokolech, předpokládá sloučení, integraci zvlášť označovaných skupin s infrastrukturou jako internet věcí (IoT), internet osob (IoP), internet energetiky (IoE), internet médií (IoM) a internet služeb (IoS) pro globální, společnou informačně-technologickou (IT) platformu aplikačně propojených sítí spojujících propojené „chytré“ věci, objekty, produkty, výrobky, zařízení aj. IoE je definována jako dynamická síťová infrastruktura, která propojuje energetickou síť se sítí internet a umožňuje odesílat informace o energetických jednotkách, blocích a jimi generovaných energetických tocích.

Dále kapitola uvádí nové možnosti v komunikaci věcí, objektů a „chytrých“ výrobků v rámci sítě internet (IoT – Internet of Things) a jejich vliv na podnikové ERP systémy, dodavatelsko-odběratelské řetězce, průmyslové, informační, sociální procesy, výrobní linky aj. Využití možností počítání typu cloud (Cloud Computing), internetu věcí (Things) a multiagentních systémů, např. systému JADE/ JADEX, pro zvolené navrhované řešení. Internet věcí je součástí sítě internet a může být koncepčně definován jako dynamická globální síťová infrastruktura s vlastními možnostmi konfigurace, založená na standardních komunikačních protokolech a interoperabilitě, kde fyzické a virtuální „věci“ mají vlastní identitu, fyzické atributy a virtuální inteligentní programové agenty, které jsou integrovány do informační sítě. Výroba typu cloud je nová multidisciplinární oblast zahrnující „síťovou“ (network) výrobu, virtuální výrobu, agilní výrobu, internet „věcí“ a počítání typu cloud. Uživatel v rámci systému „cloud“ může požadovat služby od návrhu výroby, testování, ovládání a všechny další stupně výrobního cyklu. Jako nástroj virtualizace výrobního zařízení a výrobních zdrojů se používá agentová technologie. Inteligentní produkt reprezentovaný programovým agentem je uveden ve výrobním logistickém scénáři a je schopen jednat autonomně v rámci montážního a dopravního procesu. Automobilová koncová světla se stala inteligentním výrobkem v rámci scénáře, který využívá bezdrátové integrované komunikace typu RFID (Radio-frequency identification) pro napojení na odpovídající programové agenty.

1.9Desátá kapitola

Desátá kapitola představuje především tato témata: internet a výuku na univerzitě i v podniku; E-learning jako výukovou metodu a její definici; systém Oracle Portal a jeho podrobný popis; internetový výukový systém Oracle iLearning; výukový kurz systému Oracle AS Portal 10g pomocí systému Oracle iLearning; učební texty, učební kurzy distanční internetové výuky z oblasti informačních systémů a technologie pro univerzitu i podnik; učební texty, kurzy základních příkazů jazyka SQL, PL/SQL, XML a příklady kurzů společnosti GOPAS a.s.; výukové texty a kurzy v rámci portálu Oracle AS Portal 10g a internetového portálu Oracle APEX; distanční internetovou výuku a její flexibilitu s webovými službami a multiagentními systémy; příklad distanční výuky integrovaných databázových systémů pomocí služby Docs společnosti Google.

Desátá kapitola je výzvou pro distanční internetovou výuku. E-learning je popisován jako výuková metoda včetně systému řízení výuky. Je představena a podrobněji popsána stavba a struktura Portálu Oracle, je popsán a charakterizován výukový systém Oracle iLearning a využití těchto systémů pro distanční internetovou výuku a pedagogické účely. Je uveden popis výukového kurzu a tvorbu tohoto kurzu, týkajícího se práce se systémem Oracle AS Portal 10g pomocí systému Oracle iLearning včetně vytváření banky testovacích otázek a testovacích položek.

Jsou uvedeny on-line učební texty základních příkazů jazyků SQL, PL/SQL, XML a jejich příkladů pro práci s databázovými systémy vytvořené pomocí systému Oracle iLearning. Výukové kurzy v rámci portálu Oracle AS Portal 10g a internetového portálu Oracle APEX (Application Express): databáze pojmů servisně orientované architektury (SOA) jako pedagogický výukový kurz. Modelová případová studie (Case Study): Oracle AS Portal 10g pro vybrané moduly podnikového ERP systému v síti internet. Pro pedagogické účely byl vytvořen internetový portál Oracle APEX: „Porovnání základních vlastností databázových serverů: Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2, Sybase aj. a internetový portál Oracle APEX týkající se objektově orientovaných technologií.

Dále se uvádí distanční internetová výuka a její výhody a nevýhody. Aplikace podobných výukových strategií pro všechny studenty ve třídě může být neefektivní. Inteligentní výukové systémy musí být adaptibilní, schopné se on-line přizpůsobit odlišnostem jednotlivých studentů. Výukový objektový agent (Learning Object Agent) je odpovědný za vkládání schématu výukového stylu a výukových objektů. Uložiště (Repository), ve kterém jsou shromážděny výukové objekty, je pod dohledem „Úrovně ovládající výukové objekty“ (Learning Object Management Layer) v rámci výukového objektového agenta. Virtuální třída je jednou z nejdůležitějších komponent systému LMS. Poskytuje virtuální výukové prostředí pro distanční výuku a on-line spolupráci. Virtuální třída se skládá ze tří modelů. Model prostředí reprezentuje použitelné zdroje ve směru k agentům. Model rolí obsahuje role agentů v termínech úkolů, interakcí a použitelných zdrojů. Organizační model reprezentuje strukturu mezi agenty.

1.10Jedenáctá kapitola

Kapitola uvádí přínosy internetu inteligentních aktivit a závěrečné úvahy a doporučení.

2.Internet a základní programové a technické prostředky pro realizaci informačních systémů (IS)

Jsou uvedeny a popsány internetové základní technické a programové prostředky pro informační systémy (IS) a technologie (IT).

Jsou popisovány zejména prostředky počítačových sítí pro distribuované a globální informační systémy pracující na pevných a zejména mobilních komunikačních sítích. Je popisován internetový protokol TCP/IP a vybrané aplikační protokoly sítí TCP/IP a webové služby. Mobilní datová komunikace a mobilní internet jsou probírány z pohledu mobilních sítí GSM, 3G, 4G, LTE a dalších perspektiv vývoje. Operační systémy pro mobilní zařízení jako „chytrý“ telefon (SmartPhone a tablet, zejména operační systém Android a Windows Phone 7, 8 – WP 7, WP 8) jsou popisovány z pohledu uživatele, zvláště u systému Windows Phone 8 z pohledu nového uživatelského rozhraní a ovládání ne pomocí ikon, ale „dlaždic“, vše v rámci internetového prohlížeče. I na těchto mobilních zařízeních je k dispozici Microsoft Office Mobile poskytující interoperabilitu mezi Windows Phone a stolní verzí Microsoft Office. V rámci sítě internet mohou uživatelé využívat mnoho služeb, které jsou uváděny. Je popsán operační systém Red Hat Enterprise Linux v souvislosti s virtuálními desktopy a datovými centry. Datová centra a cloud computing technologie jsou též probírány. Kapitola stručně popisuje podstatné rysy jazyka Java, dále jazyk SQL pro práci s databázovými systémy a jazyk XML (eXtensible Mark-up Language).

2.1Internet a základní technické a programové prostředky pro IS

2.1.1Obecný model architektury počítačové sítě

V tomto odstavci definujeme pojem architektura počítačové sítě. Tento pojem zahrnuje celkové uspořádání sítě, tj. její topologii, formu komunikace, použité komunikační protokoly a základní služby poskytované komunikačním uzlem.

2.1.1.1Architektura OSI-RM (Open System Interconnection – Reference Model)

Referenční model otevřených systémů RM-OSI jako mezinárodní standard a základní koncept architektury počítačové sítě můžeme charakterizovat následovně:

■Uzly systému se rozdělují na koncové uzly komunikující po síti chápané jako koncové datové zařízení a mezilehlé systémy zabezpečující vlastní komunikaci – tzv. propojovací prvky sítě.

■Komunikace a její vlastní řízení je rozčleněno do sedmi elementárních a vzájemně spolupracujících vrstev (sedmi vrstvový model).

■Komunikace probíhá přesně definovaným způsobem mezi odpovídajícími a sousedícími vrstvami modelu prostřednictvím tzv. služebních entit, vrstev.

■Při komunikaci se využívají specifikovaná služební primitiva architektury.

Vzájemně spolupracující vrstvy jdou hierarchicky od nejvyšší:

■aplikační vrstva,

■prezentační vrstva,

■relační vrstva,

■transportní vrstva,

■síťová vrstva,

■linková vrstva,

■fyzická vrstva.

2.1.1.2Architektura TCP/IP

Architektura TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol) byla vytvořena v rámci výzkumných prací iniciovaných Ministerstvem obrany USA na pokusné akademické síti ARPANet. Protokoly TCP/IP byly vyvíjeny jako přímá náhrada za původní protokoly sítě ARPANet NCP (Network Control Protocol). Práce na protokolech TCP/IP byla ukončena v letech 1978–79, poté následovalo jejich experimentální ověřování v síti ARPANet. Od roku 1982 jsou protokoly oficiálním komunikačním prostředím sítě ARPANet, která byla vlastně předchůdcem dnešního internetu. Vzhledem k tomu vznikla architektura TCP/IP ještě před specifikací modelu RM-OSI a není s ním vnitřně kompatibilní. Model TCP/IP vychází z definice čtyř základních vrstev:

■Vrstva síťového rozhraní – zajišťuje fyzickou komunikaci uzlů sítě, přičemž mapuje funkce fyzické a linkové vrstvy. Je specifikována jen jako rozhraní sloužící pro přenos paketů protokolem IP různorodým přenosovým prostředím.

■Vrstva internet – zabezpečuje funkčnost na bázi 3. vrstvy v modelu OSI. Zajišťuje adresování sítě a nezabezpečenou výměnu paketů protokolem IP v síti, které jsou přenášeny přes mezilehlé prvky sítě (IP směrovače). Jedná se o klasickou datagramovou službu.

■Transportní vrstva – poskytuje transportní službu se zabezpečením přenosu uspořádaného proudu oktetů mezi komunikujícími aplikacemi protokolem TCP, resp. přenos datagramů mezi komunikujícími aplikacemi protokolem UDP. Je mapována na 4. úrovni vrstvy modelu OSI.

■Aplikační vrstva – nahrazuje 5. až 7. vrstvu podle modelu OSI a vlastní aplikační služby.

Architektura TCP/IP se stále více prosazuje zejména proto, že na světě se nejvíc rozšiřuje globální síť internet. Způsobem komunikace napodobuje TCP/IP dvojbodový kanál využívající tzv. aplikační port, který zabezpečuje potřebnou výměnu údajů. Všechny přenosy z hlediska aplikační vrstvy jsou vlastně chápány jako volání služeb TPC/IP. Proti sobě tak vždy komunikují konkrétní aplikace, které rozhodují nebo vědí o tom, co jednotlivá data znamenají. Proto odpadají funkce jako například navazování relace atd.

2.1.2Počítačové sítě v informačních systémech

V současnosti můžeme konstatovat, že až 80 % počítačových sítí je doménou informačních systémů (IS). Proto je vhodné formulovat úlohu počítačových sítí v oblasti informačních systémů (PSIS).

2.1.2.1Základní služby a uplatnění PS v IS

Informační systémy vycházely prakticky už od svých počátků z uplatňování výpočetní techniky, která je základním nástrojem zpracování informací. Z funkčního hlediska plní informační systémy funkce speciálně zaměřené na práci s informacemi. Patří sem zejména:

■sběr a předzpracování dat,

■přenos dat mezi prvky systému,

■uložení dat, případně jejich archivace,

■zpracování dat podle aplikačních požadavků,

■prezentace informací a výsledků zpracování,

■multimediální služby.

Multimediální služby v rámci PSIS

Od poloviny 90. let dochází k výraznému nárůstu požadavků na multimediální služby ze strany koncových systémů a nových aplikací pro PSIS. Multimediální služby mají na rozdíl od předcházejících služeb podstatně vyšší nároky na přenos dat, neboť předpokládají přenos hlasové a obrazové formy informace, přenos informace pro zobrazení typu 3D aj. s mnohem přísnějšími požadavky na komunikační systém. Ten se pak musí vyrovnat nejen s požadavkem konstantního zpoždění přenosu a šířky pásma sítě, ale též citlivějšího vyhodnocování přenosu na straně koncových systémů.

Uplatnění PS v IS

Počítačové sítě jsou dnes neodmyslitelnou součástí informačních systémů a tvoří jejich základní komunikační subsystém. Do jejich působnosti spadá zejména zabezpečení přenosu dat mezi jednotlivými prvky informačního systému. Postupem času byly do počítačových sítí implantovány některé aplikační služby, které jsou v počítačových sítích realizovány na úrovni aplikační vrstvy síťových operačních systémů (NOS). Nejpoužívanější jsou:

■zabezpečení rovnocenné komunikace a přenos dat mezi uzly IS,

■zabezpečení přístupu vzdálených uzlů a skupin uzlů do IS,

■přístup a souběžné využívání periferních zařízení IS (terminály, tiskárny aj.),

■přístup a souběžné využívání údajových souborů,

■přístup ke globálním informačním službám,

■centrální správa prostředí a vzdálených prvků,

■řízení bezpečnosti a přístupu k prostředkům IS.

2.1.2.2Používané typy uzlů PSIS

Počítačová síť vytváří prostředí pro vzájemné propojování jednotlivých počítačů. Uzly počítačové sítě můžeme rozlišovat podle funkce, kterou vykonávají, podle jejich využití v rámci sítě a podle vzájemné závislosti. Každý počítač zapojený do sítě může být ve funkci:

■Server.

■Stanice typu klient.

Server je zařízení poskytující služby jiným objektům v síti. Od stanic typu klient se nejčastěji liší programovým vybavením. Technickým vybavením se nemusí odlišovat od běžných počítačů, poněvadž však slouží více počítačům v síti, volí se pro server vyšší kvalita a rychlost počítače.

Stanice typu klient je koncový uzel IS využívaný uživatelem. Zde běží procesy klientů zpřístupňující služby vybraných serverů. Využívá se zejména pro vysílání, příjem a prezentaci údajů a lokální zpracování úloh IS. Ve funkci stanice typu klient může vystupovat jednoduchý terminál, grafický terminál, osobní počítač typu PC, notebook, tablet, chytrý telefon (SmartPhone), virtuální desktop jako tenký klient aj.

Funkci stanice typu klient nebo serveru určuje speciální programové vybavení označované jako síťový operační systém NOS (Network Operating System). NOS zabezpečuje vlastní implementaci služeb serverů, komunikaci pracovních stanic se servery a kontrolu a řízení přístupu klientů k příslušným službám serverů.

Servery jsou členěny podle funkcí, pro něž jsou v rámci IS specializované:

■nosné servery (zabezpečující vlastní funkce IS),

■souborové,

■databázové,

■prezentační,

■aplikační.

Pomocné servery podporující funkce IS jsou zejména:

■komunikační,

■tiskové,

■aj.

Souborové servery

Souborový server FS (File-Server) zabezpečuje přístup k údajům prostřednictvím systému souborů a adresářů. Soubor je chápán jen jako prostá množina oktetů přiřazených ke konkrétnímu souborovému objektu. Souborový server nerozlišuje logický obsah a vnitřní strukturu souborů, proto je na rozdíl od používaných aplikací transparentní. Jeho funkcí je zabezpečit zápis a čtení souborů na disku serveru podle přidělených přístupových práv jednotlivých uživatelů.

Databázové servery

Databázové servery jsou specializované uzly sítě zaměřené na databázové operace a funkce systémů řízení báze dat. Posláním těchto serverů je poskytovat základní operace s bází dat pro libovolné aplikační procesy. Jedná se o operace zadávání, modifikace údajů, vyhledávání informací v databázi podle zvolených kritérií či třídění nebo indexování informací. K nosným funkcím databázových serverů patří:

■možnosti přístupu k údajům databáze pro libovolné aplikační procesy,

■podpora souběžného přístupu klientů ke společné databázi,

■podpora variantních metod vyhledávání informací,

■centrální správa, archivace a ochrana přístupu k informacím v databázi,

■podpora distribuovaného a transakčního režimu zpracování.

Klienti databázových serverů formulují požadavky na operace s databází a odesílají je prostřednictvím smluvených standardních rozhraní na databázové servery. Server vykoná požadovanou operaci a zašle na stranu klienta odpověď s výsledkem operace. Požadavky a odpovědi se odevzdávají mezi serverem a klienty prostřednictvím standardizovaných rozhraní. K nejpoužívanějším patří relační jazyk SQL (Structured Query Language) vyvinutý firmou IBM určený pro individuální výběr informací z relačních databází. Používá se nejen pro specifikaci požadavků na databázi (Select), ale i pro vkládání a aktualizaci dat (Insert, Update, Delete).

Aplikační servery

Aplikační servery představují třídu serverů, specializovaných na distribuované zpracování a podporu aplikačních služeb. Pracují obdobným způsobem jako databázové, jen s tím rozdílem, že nejsou omezeny jen na zpracování dat v databázi. Aplikační úlohy mohou probíhat buď přímo na aplikačních serverech komunikujících s uživateli prostřednictvím prezentačních serverů, nebo mohou pracovat distribuovaným způsobem. V případě distribuovaného zpracování je aplikace obvykle rozdělena na část zpracovávanou aplikačním serverem a klientskou část.

Prezentační servery

Prezentační servery se používají jako doplněk k jiným typům serverů, obvykle aplikačním a databázovým, poněvadž jim odlehčují od bezprostřední interakce s uživatelem. Prezentační servery formátují výstupy pro aplikace, zabezpečují obsluhu a příjem vstupů, řídí způsob zobrazování v závislosti na konkrétním grafickém uživatelském prostředí GUI (Graphical User Interface).

Pomocné servery IS

Kromě nosných serverů se používají v rámci informačních systémů i další tzv. pomocné servery, zaměřené na podpůrné služby IS. Obvykle jsou určeny pro souběžné využívání periferních zařízení sítě a pro podporu komunikačních a bezpečnostních funkcí. Příkladem těchto serverů jsou:

■Tiskové servery (PS) poskytují uživatelům sítě tiskové služby ve formě společných síťových tiskáren.

■Komunikační servery (KS) jsou zejména modemové servery (MS), servery pro komunikaci s mobilními zařízeními typu chytrý telefon (SmartPhone), tablet, přístupové servery, multiprotokolové směrovače a různorodé komunikační brány.

2.1.2.3Architektura klient/server – dvojvrstvá a třívrstvá

U architektury klient/server zabezpečují aplikace, údajové databáze, zpracování a prezentaci údajů zcela nezávislé ale vzájemně spolupracující servery. Z uvedeného vyplývá rozdělení úloh mezi databázový, aplikační a prezentační server. Databázový server zabezpečí vlastní práci s databází, prohledávání údajů, vstup a výstupy z databáze podle požadavků (dle jazyka SQL) aplikačního serveru, zabezpečujícího logiku dané aplikace a vlastní zpracování údajů. Úloha prezentačního serveru v IS spočívá ve zprostředkování prezentace údajů, interakci s uživateli, obsluze oken a menu. Jedná se o architekturu distribuovanou. Výkon IS se v síti rozkládá mezi jednotlivé servery a klienta, což umožňuje pružnější dělení celkového zatížení IS, celkovou modifikovatelnost systému a variantní volbu komponentů od jednotlivých výrobců. Podle rozložení jednotlivých funkcí IS mezi klienta a servery rozlišujeme architekturu klient/server dvojvrstvou a třívrstvou, či obecně vícevrstvou, jak je znázorněno na obr. 2.1. Ve třívrstvé architektuře musí klient obsahovat pouze prohlížeč.

Obrázek 2.1: Příklad dvojvrstvé a třívrstvé architektury klient/server

Existuje též pojem „virtuální klient“, se kterým uživatel komunikuje prostřednictvím internetového prohlížeče a který je umístěn na serveru. Např. služba O2 Virtuální Desktop společnosti O2 Telefonica představuje moderní a perspektivní cestu, jak doručit funkcionalitu kancelářského počítače kamkoli, kdykoli a na libovolné zařízení včetně tabletu nebo i chytrého telefonu. O2 Virtuální Desktop umožňuje využívat podnikové IT ve stejném prostředí, kvalitě a stejně bezpečně bez ohledu na místo, rychlost připojení i použité zařízení. Svou „kancelář“ si každý může nosit sebou.

V odst. 2.1.13 a 2.1.14 je podrobněji popsán virtuální klient typu virtuální desktop a datová centra jako komplikovaný a složitý komplex velkého počtu zařízení, zejména serverů, které spolu vzájemně spolupracují, doplňují se a vytvářejí pro uživatele takové prostředí, jaké si objednal.

2.1.3Normalizované počítačové sítě podle IEEE 802 a ANSI

Tento odstavec popisuje konkrétní typy sítí a protokoly používané v oblasti PSIS, a to na používané varianty počítačových sítí LAN/MAN tak, jak byly specifikovány na úrovni fyzické a linkové vrstvy RM-OSI normalizační organizacemi IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a ANSI (American National Standardization Institute). Standardy organizace IEEE pokrývají fyzickou vrstvu a linkovou vrstvu rozdělenou na samostatné podvrstvy: MAC a LLC. Organizace IEEE pro tyto vrstvy vypracovala množinu norem IEEE 802.xx, které převzala i mezinárodní normalizační organizace ISO (Industrial Standard Organization) pod označením ISO 8802.

Síť Ethernet

Pod sítí Ethernet rozumíme lokální počítačovou síť, která spojuje jednotlivé počítače prostřednictvím společně využívaného komunikačního média.

Každý počítač v síti pracuje samostatně, nezávisle na ostatních, takže neexistuje centrální prvek (arbiter). Signály od vysílajícího počítače jsou přenášeny k ostatním uzlům, přičemž v daném okamžiku médium využívá jen jediný vysílající počítač a může začít s vysíláním až po uvolnění média. Přístupová metoda zabezpečující přístup na médium se nazývá kolizní, protože předpokládá možnost současného vysílání stanic na médium. V tomto případě následuje přerušení vysílání a uvolnění média.

Gigabitový Ethernet

Gigabitový Ethernet, dle doporučení IEEE 502.3z, byl ratifikován v roce 1998. Vlastní název sítě vychází z navrhované přenosové rychlosti 1 Gb/s popř. vyšší. Síť je určena pro tvorbu páteřních sítí (Back bone) založených na technologii Ethernet, které by umožnily propojení přepínačů Ethernetu a Fast Ethernetu.

Sítě Token Ring IEEE 802.5 – základní charakteristika

Pro síť tohoto typu je charakteristická tzv. kruhová topologie (v literatuře se též označuje jako topologie „hvězda-kruh“) s přístupovou metodou Token Passing. Kruhová topologie se vyznačuje tím, že jednotlivé počítače sítě jsou spojeny přenosovým médiem fyzicky do kruhu, takže signál prochází postupně přes všechny počítače sítě. Nevýhodou je podstatně horší instalace sítí a skutečnost, že porucha libovolného počítače, ale i porucha některé větve sítě, může způsobit její neprůchodnost. Výhodami jsou vyšší rychlost a více uzlů v síti.

Síť FDDI podle ANSI X3T12

Sítě FDDI (Fiber Distributed Data Interface) jsou charakteristické zdvojenou kruhovou topologií, v níž jsou jednotlivé uzly propojeny oběma kruhy protisměrně. Propojení stanic do kruhu je realizováno obvykle prostřednictvím optických vláken, z čehož plyne i vlastní název sítě. Později si tlak uživatelů vynutil i specifikaci sítě s využitím metalických médií pod názvem CDDI (Copper Distributed Data Interface).

Lokální počítačové sítě

Lokální počítačové sítě, zvané též lokální sítě, místní sítě nebo LAN (původem v anglickém Local Area Network), jsou sítě propojující koncové uzly typu počítač, tiskárna a server. LAN je vždy v soukromé správě a působí na malém území. Připojená zařízení pracují v režimu bez navazování spojení, sdílí jeden přenosový prostředek (drát – vodič, radiové vlny), ke kterému je umožněn mnohonásobný přístup.

Přenosové rychlosti sítí LAN začínají na desítkách megabitů za sekundu, od roku 2004 umožňují přenos s rychlostí až několik gigabitů za sekundu.

Mezi lokální sítě patří:

■IEEE 802.3 (Ethernet, Fast Ethernet a Gigabit Ethernet),

■ARCNET (již nepoužívaná technologie),

■Token Bus (IEEE 802.4),

■Token Ring (IEEE 802.5),

■IsoEthernet (IEEE 802.9),

■bezdrátové sítě Wi-Fi a IEEE 802.11,

■100BaseVG (IEEE 802.12),

■FDDI, jako např. ISO/IEC 9314 a ANSI X3.x,

■Fibre Channel (SCSI).

2.1.4Komunikační protokoly

2.1.4.1Protokolová sada TCP/IP

Protokolovou sadu TCP/IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol) vyvinuli v sedmdesátých letech v laboratoři Ministerstva obrany USA. Hlavním posláním protokolů bylo zabezpečení vzájemného propojení různorodých počítačových systémů v rozlehlých heterogenních sítích. Nejdříve TCP/IP jako protokoly 3. a 4. vrstvy našly uplatnění v prostředí rozlehlých sítí WAN. Od roku 1983 byly vybrány jako základní komunikační protokoly v akademické síti ARPANet, předchůdci dnešního internetu. Postupem času, zejména díky integrování protokolů do operačního systému BSD Unix, pronikly i k běžným zákazníkům. Dnes se s protokoly TCP/IP běžně setkávají zejména uživatelé globální počítačové sítě internet. Protokoly TCP/IP jsou podporovány i v síťových operačních systémech takových výrobců, jako jsou Microsoft (Windows NT, Windows 7), Novell (NetWare), SUN nyní Oracle (Linux, Solaris) a to nejen pro komunikaci s prostředím Unix a internetu, ale jsou používány jako transportní a síťový protokol i přímo v rámci daného síťového operačního systému.

Protokol IP (Internet Protocol) pracuje podle modelu OSI na úrovni síťové vrstvy. Nosnou funkcí protokolu IP je směrování paketů s údaji protokolů vyšší vrstvy (TCP, UDP) od zdrojového k cílovému uzlu na složitější síti, která se skládá z více vzájemně propojených počítačových sítí (IP-Internet). Z pohledu poskytovaných služeb zajišťuje protokol IP jen nezabezpečenou datagramovou službu bez režimu vytváření spojení a potvrzování příjmu IP paketů.

Pro protokoly TCP/IP je protokol IP základním přenosovým prostředkem, protože pakety protokolů vyšších vrstev zabalené v datové části IP paketů se přenášejí v rámci celé IP intersítě. IP paket je tedy základní jednotkou pro přenos po síti. Jednotlivými propojenými sítěmi se pakety IP přenášejí rámci příslušné linkové vrstvy konkrétní sítě (IEEE 802.x, PPP, HDLC).

Adresace uzlů a sítí v IP intersíti

Na základě požadavku efektivního směrování dat v rozsáhlejších sítích využívá protokol IP hierarchické adresování uzlů a sítí. Systém adresace umožňuje vytváření strukturované IP intersítě, logicky rozdělené na jednotlivé hierarchicky členěné podsítě. V záhlaví paketu IP je pro adresu zdrojového a cílového uzlu vyhrazeno pole o velikosti 32 bitů (4B). Číslo v adresovém poli jednoznačně lokalizuje síť a její koncový uzel. Adresu symbolicky vyjadřuje dekadickými čísly, která odpovídají jednotlivým slabikám adresy. Princip symbolického zápisu IP adresy je ilustrován na příkladu binárně-dekadického převodu (2.1).

0…………………………………………………31

10000000.00001010.00000000.00000001 = D(128.10.0.1)(2.1)

Vytváření IP paketů z paketů vyšší vrstvy

Vyšší vrstva (TCP, UDP) odevzdá vrstvě IP potřebná řídicí data, jako například: adresu zdrojového uzlu, cílového uzlu a paket transportní vrstvy s přenášenými daty. Zároveň se z transportní vrstvy odevzdávají informace o typu služby využívané při přenosu, délce života datagramu v síti, možnosti fragmentace na více datagramů a identifikace protokolu vyšší vrstvy cílového uzlu. Z uvedených informací sestaví protokol tzv. IP datagram a odpočítá kontrolní součet z vytvořeného IP záhlaví.

IP (Internet Protocol)

Internet Protocol je základní protokol síťové vrstvy a celého internetu. Provádí vysílání datagramů na základě síťových IP adres obsažených v jejich záhlaví. Poskytuje vyšším vrstvám síťovou službu bez spojení. Každý datagram je samostatná datová jednotka, která obsahuje všechny potřebné údaje o adresátovi i odesilateli a pořadovém čísle datagramu ve zprávě. Datagramy putují sítí nezávisle na sobě a pořadí jejich doručení nemusí odpovídat pořadí ve zprávě. Doručení datagramu není zaručeno, spolehlivost musí zajistit vyšší vrstvy (TCP, aplikace).

Tento protokol se dále stará o segmentaci a znovu sestavení datagramů do a z rámců podle protokolu nižší vrstvy (např. Ethernet).

V současné době je převážně používán protokol IP verze 4. Je připravena nová verze 6, která řeší nedostatek adres v IPv4, bezpečnostní problémy a vylepšuje další vlastnosti protokolu IP.

IPv4 (Internet protokol verze 4) obsahuje:

■32 bitové adresy,

■cca 4 miliardy různých IP adres, dnes nedostačující.

IPv6 (Internet protokol verze 6) obsahuje:

■128bitové adresy,

■podporu bezpečnosti,

■podporu pro mobilní zařízení,

■funkce pro zajištění úrovně služeb (QoS – Quality of Service),

■fragmentaci paketů – rozdělování,

■není zpětně kompatibilní s IPv4,

■snadnější automatickou konfiguraci (NDP – Neighbor discovery protocol).

Směrování a přenos datagramu přes intersíť

Na směrování a přenos paketů mezi zdrojovým a cílovým uzlem IP intersítě využívá protokol IP hierarchický systém adresace a pevně přidělené adresy sítí. Na směrování IP paketů se podílí jak koncové uzly sítě, tak i vlastní IP směrovače sítě. Rozdíl je jen v tom, že směrovače jsou specializovány výhradně pro směrování a mají implementovány komplexnější směrovací schopnosti.

2.1.4.2Protokoly IPX/SPX

Protokoly IPX/SPX patří v prostředí LAN k nejpoužívanějším. Vyvinula je firma Novell jako vylepšenou variantu protokolů firmy Xerox (XNS). Na rozdíl od protokolů TCP/IP nepoužívají tak robustní strukturu a zabezpečení, které jsou nutné pro přenos dat po rozlehlých sítích WAN. Redukcí množství potřebných řídicích informací a operací vykonávaných protokolem se však značně zvyšuje jejich přenosový výkon u sítí LAN.

2.1.4.3Vybrané aplikační protokoly sítí TCP/IP

Počítačové sítě využívající protokoly TCP/IP poskytují jednotlivé aplikační služby v podobě speciálních protokolů aplikační vrstvy. Tyto protokoly využívají technologii klient/server a komunikují prostřednictvím vyhrazených aplikačních portů TCP/UDP.

Protokol DHCP

Protokol DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) je pomocný protokol v protokolové frontě TCP/IP. Je určen zejména na centralizované zprávy a předávání konfiguračních parametrů jednotlivým uzlům sítě TCP/IP.

Protokol DNS

Pro přístup k síťovým zdrojům (serverům, službám) se v síťovém prostředí TCP/IP využívá systém odkazů prostřednictvím přiřazených logických jmen. Klienti používají při přístupu k vybraným službám odpovídající logická jména namísto jen nesnadno zapamatovatelných IP adres. Systém logických jmen je z důvodu jednoznačnosti a lepší přehlednosti koncipován hierarchicky formou stromové struktury. Každé jméno je složeno ze skupin řetězců spojených oddělovačem „.“, který identifikuje koncový objekt sítě. Tento systém umožňuje vytváření vzájemně oddělených logických oblastí jmen, tzv. domén, z čehož je odvozen i vlastní název systému DNS (Domain Name System). Například COM, EDU, SK apod.

Protokol Telnet

Protokol Telnet je jedním z nejstarších protokolů sítí TCP/IP. Zabezpečuje standardní metodu spojování vzdálených terminálových zařízení a terminálových procesů přes síť prostřednictvím obousměrného slabikově orientovaného přenosu. Nespornou výhodou protokolu je jeho schopnost připojit fyzický terminál jednoho počítače k jinému počítači sítě tak, jako by byl jeho fyzickým terminálem (tzv. virtuální terminál).

Protokol FTP

Protokol FTP (File Transfer Protocol) poskytuje v prostředí TCP/IP koncovým uživatelům a aplikacím široký výběr prostředků určených pro operace se soubory a adresáři počítačů sítě TCP/IP. Protokol FTP umožňuje:

■kopírování souborů mezi hostitelskými počítači,

■výpisy souborů specifikovaného adresáře,

■výmaz a přejmenování vzdálených souborů,

■přepínání adresářů, vytváření a rušení adresářů,

■identifikaci obsahu přenášeného souboru ASCII, EBCDIC, BIN,

■definování struktury souboru a způsobu přenosu souboru.

Přenos souborů a výsledků operací se soubory (např. výpis obsahu adresáře) se uskutečňuje samostatným transportním spojením, pod řízením protokolu DTP (Data Transfer Protocol). Datová spojení jsou zřízena jen na dobu přenosu nebo vykonávání operace. Odpovědi a odezva serveru FTPD na příkazy klienta se přenášejí řídicím spojením v podobě kódů odpovědí. Před přenosem souboru je definován:

■obsah souboru – určuje, zda se jedná o textový soubor (ASCII, EBCDIC) s řídicími znaky LF CR, nebo o binární soubor;

■struktura souboru – definuje, zda soubor chápeme jako sekvenci slabik, záznamů nebo stránek;

■přenosový režim – určuje, jak budou formátována data před přenosem.

Protokol FTP nejčastěji využívá přenos ve formě proudu slabik se standardními službami TCP. Je možná i volba tzv. blokového přenosu, kdy soubor přenášíme po blocích s doplněným trojslabičným záhlavím FTP s možností obnovy po „přerušení“ přenosu. Je možné zvolit i komprimovaný způsob přenosu.

Protokol SMTP

Protokol SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) slouží pro přenos elektronické pošty v protokolovém prostředí TCP/IP. SMTP definuje jen způsob komunikace koncových uzlů a poštovních serverů MTA při přenosu zpráv a nezabývá se jejich formátem či vlastní implementací elektronické pošty.

Protokol HTTP

Protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol) je aplikační protokol určený k přístupu a výměně informací v prostředí distribuovaných hypermediálních informačních systémů. Je používán od roku 1990 v rámci globální informační iniciativy WWW (World Wide Web), v níž je použit pro přenos hypertextových WWW stránek ve formátu HTML (Hypertext Markup Language) mezi WWW (Web) klienty a servery. Dnes je protokol využíván jako základní generický protokol sítě internet a vnitropodnikových sítí intranet a používá se i ke zpřístupňování služeb jiných aplikačních protokolů (FTP, SMTP, Gopher aj.). Původní verze, využívaná v prvních WWW prohlížečích a serverech, byla označena jako HTTP/0.9, dnes je však rozšířenější všeobecnější verze HTTP/4.0 a vyšší.

Protokol HTTP je koncipován jako jednoduchý bezestavový objektově orientovaný protokol (stateless), pracující v režimu otázka/odpověď (request/response). HTTP vyžaduje pro přenos zpráv (request/reply) použití spolehlivé transportní služby. Umožňuje proto použití libovolného transportního protokolu. Zatím je však upřednostňován protokol TCP s vyhrazeným aplikačním portem TCP na straně HTTP serveru. Protokol umožňuje přenášet informace v různorodém formátu. HTTP používá k adresování požadovaných informačních zdrojů adresové schéma označované URL (Uniform Resource Locator), které adresuje nejen příslušný server, ale i požadovaný dokument, přístupový protokol, případně data pro autorizaci přístupu. Naznačme formát URL (2.2):

Vážení čtenáři, právě jste dočetli ukázku z knihy Internet inteligentních aktivit.
Pokud se Vám líbila, celou knihu si můžete zakoupit v našem e-shopu.