Введение в инфокоммуникационные технологии

ВВЕДЕНИЕ 
В ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ 
ТЕХНОЛОГИИ

Под редакцией доктора технических наук, профессора 
Л.Г. Гагариной

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва 
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2021

Рекомендовано УМО по образованию в области Инфокоммуникационных 
технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 
11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» 
(квалификации (степени) «бакалавр» и «магистр»)

УДК  004(075.8) 
ББК 32.973я73 
 
В26

В26 
 
Введение в инфокоммуникационные технологии : учебное пособие / 
Л.Г. Гагарина, А.М. Баин, Г.А. Кузнецов, Е.М. Портнов, Я.О. Теплова ; 
под ред. Л.Г. Гагариной. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2021. — 
336 с. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-8199-0768-9 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013654-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106400-9 (ИНФРА-М, online)

Приведен систематизированный курс одной из основных дисциплин 
специализированной подготовки магистров по направлениям «Информатика и вычислительная техника», «Телекоммуникации», «Программная 
инженерия».
Рассмотрены основные вехи истории развития информационных технологий, вычислительной и компьютерной техники за рубежом и в России. Особое внимание уделено методологии научных исследований в области инфокоммуникаций. Представлены актуальные разделы разработки 
телекоммуникационных технологий в части мультимедийных сетей и сетевых операционных систем. С целью приобретения практических навыков 
предусмотрен лабораторный практикум.
Для студентов старших курсов технических специальностей, аспирантов, научных сотрудников, преподавателей высших учебных заведений, 
слушателей институтов повышения квалификации.

УДК 004(075.8) 
ББК 32.973я73

Р е ц е н з е н т ы:
доктор технических наук, советник Генерального директора ООО 
«НИИНТ», член УМО по образованию в области инфокоммуникационных технологий А.Э. Нестеров; 
кандидат технических наук, профессор, заведующий 402 кафедрой 
Московского авиационного института (национального исследовательского университета) Р.Б. Мазепа

ISBN 978-5-8199-0768-9 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013654-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106400-9 (ИНФРА-М, online)

© Гагарина Л.Г., Баин А.М., 
Кузнецов Г.А., Портнов Е.М., 
Теплова Я.О., 2013
© ИД «ФОРУМ», 2013

Оглавление

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Глава 1. ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ
 
ИНФОКОММУНИКАЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1. История развития информационных технологий  . . . . . . . . . 7
1.2. История развития вычислительной техники  . . . . . . . . . . . . 26
1.3. История развития зарубежной компьютерной техники . . . 46
1.4. История развития отечественной компьютерной
техники  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
1.5. Методология научных исследований в области 
инфокоммуникаций  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
1.6. Организация процесса научного исследования.
Построение гипотезы научного исследования . . . . . . . . . . 113
1.7. Критерии оценки достоверности результатов
исследования. Статистический анализ  . . . . . . . . . . . . . . . . 120
1.8. Методология проведенияопытно-экспериментальной
работы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Литература   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Глава 2. МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ СЕТИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
2.1. Начальные сведения, классификация сетей . . . . . . . . . . . . 136
2.2. Введение в мультимедийные сети и технологии
VoIP и SIP  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
2.3. Контроль и качество передачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
2.4. Системы потоковых мультимедиа. Решения
для видеоконференций и телеприсутствия . . . . . . . . . . . . . 165
2.5. Архитектура высоконагруженного
мультимедиапортала  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Глава 3. СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. . . . . . . . . . . 183
3.1. Основные понятия, архитектура сетевых
операционных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
3.2. Способы организации процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
3.3. Процессы в ОС UNIX: системные вызовы,
иерархия процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3.4. Управление процессами. Структура сетевой
операционной системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Оглавление

3.5. Проблемы взаимодействия операционных систем
в гетерогенных сетях  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
3.6. Управление распределенными ресурсами.
Распределенные файловые системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
3.7. Современные концепции и технологии
проектирования операционных систем. . . . . . . . . . . . . . . . 259
Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

1. Практические решения для мультимедийных сетей  . . . . . . . . . . . . . 263

 
Лабораторная работа 1.1. Изучение процесса передачи
 
потокового видео по сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
 
Лабораторная работа 1.2. Изучение процесса передачи 
потокового аудио по сети. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

2. Технология проектирования сетевых приложений. . . . . . . . . . . . . . . 270

 
Лабораторная работа 2.1. Программирование сокетов
 
с использованием WinSock API и Visual C++ . . . . . . . . . . . 270
 
Лабораторная работа 2.2. Разработка клиентского
 
сетевого приложения на основе сокетов
 
с использованием системы Delphi
 
(подсоединение к службе даты/времени)  . . . . . . . . . . . . . . 285
 
Лабораторная работа 2.3. Разработка однопотокового
 
веб-сервера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
 
Лабораторная работа 2.4. Разработка клиентского
 
сетевого приложения с использованием
 
высокоуровневых компонентов (упрощенный
 
браузер)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
 
Лабораторная работа 2.5. Создание счетчика
 
посещений сайта на основе CGI-технологии. . . . . . . . . . . 319
 
Лабораторная работа 2.6. Реализация интерактивного
 
режима на HTML-страницах с помощью
 
технологии CGI-расширений веб-сервера  . . . . . . . . . . . . . 323
Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Введение

Активным потребителем продукции и услуг в сфере инфокоммуникационных технологий и разработки телекоммуникационных систем в Российской Федерации является государство. Как и 
в развитых странах, доля спроса со стороны государства в течение 
последних 5 лет на российском рынке ИТ достигала 30 %, что стало существенным стимулом роста отрасли. Значительный объем 
спроса приходится на несколько крупных компаний, находящихся под контролем государства (ОАО Газпром, ОАО «Роснефтегаз», 
ОАО «Сбербанк», ОАО Концерн «Роэнергоатом», ОАО ИНТЕР 
РАО ЕЭС, ОАО Холдинг МРСК, ОПК «Оборонпром», ОАО «Концерн ПВО “Алмаз-Антей”» и др.). Активным источником спроса 
на рынке ИТ являются также предприятия финансовой и нефтегазовой отрасли, связи и торговли, оборонной промышленности.
Российский ИТ-рынок в значительной мере тяготеет к крупным проектам. Традиционно крупнейшими потребителями ИТуслуг являются финансовый, производственный, государственный и телекоммуникационный секторы, суммарно обеспечивающие более 65 % ИТ-рынка.
В настоящее время наблюдается острейший дефицит специалистов по телекоммуникационным системам, квалифицированных кадров, способных эффективно участвовать в индустриальной реализации процессов разработки, эксплуатации и сопровождения в качестве аналитиков, консультантов, интеграторов, спецификаторов, архитекторов, проектировщиков, менеджеров, 
разработчиков, тестеров, документаторов, инженеров по качеству 
и по безопасности телекоммуникаций и т. д. Тем более что при 
разработке телекоммуникационных систем необходимы профессиональные навыки владения систематизированными, регламентированными и квантифицируемыми методами решения задач 
разработки, эксплуатации, сопровождения и утилизации специального программного обеспечения. При этом как бизнес-процессы, так и программное обеспечение, должны отвечать заданным техническим экономическим и социальным требованиям.
В России есть понимание высокой значимости телекоммуникационных систем как в экономической, так и в научно-практической области, есть работы по созданию технологий и инструментов, направленных на усовершенствование процесса их разработки. Однако программное обеспечение телекоммуникационных 

Введение

систем до сих пор не представлено в системе высшего образования должным образом. Такое положение вещей является сдерживающим фактором в создании современных телекоммуникационных систем, существенно ограничивает возможности отечественных вузов в сотрудничестве с зарубежными университетами, в их 
выходе на международный рынок образовательных услуг.
Очевидно, что создание высококачественных телекоммуникационных систем — очень трудоемкий процесс. Здесь должны быть 
задействованы необходимые для разработки процессы, инструментарии, технологии и человеческие ресурсы. В связи с этим возникла острая необходимость в специалистах, владеющих новыми 
технологиями и методами управления комплексными, сложными 
проектами разработки и специального программного обеспечения 
для телекоммуникационных систем, что и обусловило написание 
этой книги.
Учебное пособие ориентировано на преподавателей, аспирантов и магистров, обучающихся по направлениям «Информатика и 
вычислительная техника», «Телекоммуникации», «Программная 
инженерия», обеспечивающих инновационное развитие и модернизацию перспективной отрасли телекоммуникационных систем 
за счет использования: высокотехнологичного наукоемкого производства, новых информационных технологий, интеграции проектирования и управления.

Г л а в а  1
История и методология 
инфокоммуникаций

1.1. История развития информационных 
технологий

Информатика — наука о способах получения, накопления, 
хранения, преобразования, передачи и использования информации. Было бы уместным привести слова известного нидерландского ученого Эдсгер Дейкстра: «Информатика не более наука о 
компьютерах, чем астрономия — наука о телескопах». И действительно, эта сравнительно молодая наука поистине велика по своим масштабам развития: всего за полвека она приобрела статус 
практически мировой науки, без которой сейчас не сможет работать ни одно предприятие, и более того — ни одна экономика любой страны не сможет существовать без этой науки.
Термин «информационная технология» базируется на понятии «технология», достаточно устойчивом, появившемся в научно-техническом обороте в связи с проблемами организации производства.
В одной из современных энциклопедий дается следующее определение данного понятия: «Технология (от греч. techne — искусство, мастерство, умение + ...логия) — совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы 
сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе 
производства продукции; научная дисциплина, изучающая физические, химические, механические и другие закономерности, 
действующие в технологических процессах. Технологией называют также сами операции добычи, обработки, транспортировки, 
хранения, контроля, являющиеся частью общего производственного процесса».
Из трех возможных вариантов определения наиболее близок к 
информационным технологиям первый вариант.
В понятии «информационная технология» следует выделить 
три основные составляющие:
объект воздействия (в приводимом определении — это сы• 
рье, материал, полуфабрикат, т. е. материальный ресурс);

Глава 1. История и методология инфокоммуникаций

результат воздействия (изменение состояния, свойств, фор• 
мы объекта воздействия);
методы воздействия (обработка, изготовление, изменение — 
• 
процессы, приводящие к искомому результату воздействия).
Расширяя перечень ресурсов, рассматриваемых в качестве 
объекта воздействия, мы получаем соответствующее расширение 
и состава технологий: если объектом воздействия является энергия, то мы получаем энергетические технологии (передача энергии, преобразование энергии и т. п.); финансовые ресурсы в качестве объекта воздействия обусловливают финансовые технологии (операции на рынке ценных бумаг, валютные операции, кредитование и т. п.); кадровые (людские) ресурсы в качестве объекта 
воздействия порождают технологии обучения, управления персоналом, совместной работы в рамках единых коллективов и т. п.
В этом отношении информация, рассматриваемая как ресурс, 
обусловливает возникновение информационной технологии. 
С учетом этого можно сформулировать следующее определение 
информационной технологии: «Информационная технология — 
это совокупность методов и средств целенаправленного изменения каких-либо свойств информации».
Это определение несколько отличается от тех, которые довольно широко используются в научно-технической и учебной 
литературе.
«Информационная технология — система методов и способов 
сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и выдачи информации».
«Информационная технология — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового 
качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта)».
«Информационная технология — система методов и способов 
сбора, накопления, хранения, поиска и обработки информации 
на основе применения средств вычислительной техники».
«Информационная технология — система методов и способов 
сбора, накопления, хранения, поиска, обработки и выдачи информации».
«Автоматизированная информационная технология — системно организованная для решения задач управления совокупность методов и средств реализации сбора, регистрации, переда

 
1.1. История развития информационных технологий 
9

чи, накопления, поиска, обработки и защиты информации на базе 
применения развитого программного обеспечения, используемых 
средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых информация предлагается клиентам».
«Информационная технология — совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, 
объединенных в технологический комплекс, обеспечивающий 
сбор, создание, ранение, накопление, обработку, поиск, вывод, 
копирование, передачу и распространение информации.»
«Информационная технология — приемы, способы и методы 
применения средств вычислительной техники при выполнении 
функций сбора, хранения, обработки, передачи и использования 
данных.»
Практически все формулировки не столько определяют собственно информационную технологию, сколько перечисляют различные варианты технологий (сбор, регистрация, накопление, поиск, передача, обработка, выдача), что не всегда позволяет определить, как и для чего осуществляется воздействие на информацию.
Кроме того, во многих определениях указывается техническая 
база — средства вычислительной техники, что существенно сужает круг проблем и их решений в области информационных технологий, лишает их истории и рассмотрения тенденций и соответствующих перспектив.
Некоторые определения содержат довольно жесткую целевую 
направленность («для решения задач управления», «для получения информации нового качества об объектах»), что решает проблемы определенной предметной области, но не может дать представление об общих свойствах и закономерностях информационных технологий.
Не отрицая определенную ценность и практическую направленность перечисленных формулировок для решения тех или 
иных задач, тем не менее в дальнейшем мы будем использовать 
первое из вышеуказанных определений. Процесс развития информационных технологий, его разделение на этапы рассмотрены 
во многих работах.
В учебнике «Автоматизированные информационные технологии в экономике» предложена следующая периодизация развития 
информационных технологий:
конец 50-х — начало 60-х гг. — частичная электронная обра• 
ботка данных;

Глава 1. История и методология инфокоммуникаций

60-е гг. — начало 70-х гг. — электронная система обработки 
• 
данных (ЭСОД);
70-е гг. — централизованная автоматизированная обработка 
• 
информации в условиях ВЦ, ВЦКП (вычислительных центров коллективного использования);
80-е гг. — специализация технологических решений на базе 
• 
мини-ЭВМ, ПЭВМ и удаленного доступа к массивам данных с одновременной универсализацией способов обработки информации на базе мощных супер-ЭВМ;
конец 80-х гг. — настоящее время — новая информационная 
• 
технология (НИТ) — сочетание средств вычислительной 
техники, средств связи и оргтехники.
Приведенная периодизация, на наш взгляд, отражает не столько развитие информационных технологий, сколько эволюцию 
принципов организации систем обработки данных и охватывает 
лишь последние 40 лет, что соответствует времени использования 
электронных средств вычислительной техники.
Иной подход предложен в учебном пособии «Компьютерные 
технологии обработки информации», где выделены следующие 
этапы:
«ручной» (до второй половины XIX в.), характеризующий• 
ся тем, что основу информационной технологии составляли перо, чернильница и бухгалтерская книга, а коммуникация (связь) осуществлялась путем направления пакетов 
(депеш);
«механический» (с конца XIX до середины XX в.), характе• 
ризующийся изобретением и широким использованием пишущей машинки, телефона, диктофона, модернизацией 
системы общественной почты, что послужило базой для 
принципиальных изменений в технологии обработки информации и, как следствие, в продуктивности работы;
«электрический» (40—60-е гг. XX в.), характеризующийся 
• 
появлением «электрической» технологии, основанной на 
широком использовании электрических пишущих машинок 
со съемными элементами, копировальных машин на обычной бумаге, портативных диктофонов, что повысило качество, количество и скорость обработки документов;
«электронный», или «компьютерный», (с середины 60-х гг. 
• 
XX в. по настоящее время), отличающийся широким использованием электронных средств вычислительной техники.

 
1.1. История развития информационных технологий 
11

Характеристика «компьютерного» этапа в целом аналогична 
описанию периодов развития, представленному, но без указания 
четких временных границ, с развернутой характеристикой результатов разработки автоматизированных систем управления и оценкой перспектив систем поддержки принятия решений и экспертных систем.
В учебнике «Информатика» предложено несколько принципов 
периодизации процесса развития информационных технологий.
С точки зрения видов решаемых задач и используемых процессов обработки информации выделены следующие этапы:
60—70-е гг. XX в. — обработка данных в вычислительных цен• 
трах в режиме коллективного пользования. Основным направлением развития информационной технологии являлась 
автоматизация операционных рутинных действий человека;
с 80-х гг. XX в. — создание информационных технологий, 
• 
направленных на решение стратегических задач.
С точки зрения содержания проблем информатизации выделены 
следующие этапы:
до конца 60-х гг. XX в. — проблема обработки больших объ• 
емов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств;
до конца 70-х гг. XX в. — отставание программного обеспе• 
чения от уровня развития аппаратных средств (распространение ЭВМ серии /IBM/360);
с начала 80-х гг. XX в. — максимальное удовлетворение пот• 
ребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде (компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, 
а информационные системы — средством поддержки принятия его решений);
с начала 90-х гг. XX в. — создание современной технологии 
• 
межорганизационных связей и информационных систем. 
Проблемы этого этапа весьма многочисленны:
— выработка соглашений и установление стандартов, 
 
протоколов для компьютерной связи;
— организация доступа к стратегической информации;
 
— организация защиты и безопасности информации.
 
С точки зрения используемого инструментария этапы процесса 
развития информационных технологий практически совпадают 
с уже рассмотренными этапами, с той лишь разницей, что «электронный» и «компьютерный» являются отдельными этапами, при

Глава 1. История и методология инфокоммуникаций

чем последний характеризуется широким использованием персональных компьютеров.
Все рассмотренные варианты периодизации в основном касаются компьютерных информационных технологий и не учитывают значительный исторический интервал до XIX в. Изложим еще 
одну точку зрения на эволюцию информационных технологий.
«В основе любой информационной технологии лежит письменность, появление которой инициировало первую информационную революцию. Доступ к информации был ограничен, уровень 
технологии обработки данных был ручной, знания не могли существенно влиять на производство. Изобретение печатного станка и распространение книгопечатания привели ко второй информационной революции. Знания стали тиражироваться и оказывать 
влияние на производство. Появление персональных компьютеров 
произвело третью информационную революцию. Информация 
становится ресурсом наравне с материалами, энергией и капиталом, что способствует формированию новой экономической категории — национальных информационных ресурсов. Знание превращается в непосредственную производительную силу».
С учетом вышесказанного изложим еще одну точку зрения на 
эволюцию информационных технологий.

1.1.1. Этап иероглифической символики

Изначально носителем информации была речь. Развитие речи, 
языка — объективный процесс в развитии общества. К самым 
ранним знаковым системам относятся: приметы, гадания, знаменья, язык, изобразительное искусство, музыка, графика, пластика, танец, пантомима, архитектурные сооружения, костюм, народные ремесла, обряды. Впервые информационная символика 
появилась в каменном веке в виде пиктографического письма (рисунков) на камне. Далее возникла клинописная запись счета (Вавилон III тыс. до н. э.), затем различные способы записи счета — 
вавилонская, критская, арабская, латинская и др. Вавилонская 
система счета позволяет вести запись чисел в пределах 1 млн и выполнять действия с простыми дробными числами.

1.1.2. Этап абстрактной символики

Иероглифическое письмо, сохранилось до наших дней в ряде 
регионов (Китай, Япония, Корея). Его сохранению способствова