Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Студенческий документ № 027799 из ИССО

ИСС.

Классификация информационно-вычислительных сетей (ИВС).

ИВС - сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети - вычислительное оборудование.

Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приёмниками данных.

Пересылка информации происходит с помощью средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Причины для объединения отдельных компьютеров в сеть:

1. в сети можно организовать доступ для всех пользователей к единому информационному ресурсу (например, база данных) расположенному на одном компьютере. При этом возрастает мобильность и оперативность работы, упрощаются процессы обеспечения целостности информационного ресурса и его резервного копирования.

2. при объединении компьютеров в сеть снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчёте на одного пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового пространства, дорогих внешних устройств (лазерные принтеры, плоттеры и т.д.), при этом правильная организация совместного доступа повышает надёжность системы в целом, поскольку при поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.

3. совместное использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии прикладного ПО на диске одного компьютера, что кроме значительной экономии места на дисках позволяет снизить затраты на ПО.

ИВС классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

1. территориальная, охватывающая значительное географическое пространство. Среди территориальных сетей можно выделить региональные и глобальные, имеющие соответствующие масштабы. Региональные сети иногда называют сетями MAN (городская сеть), а глобальные сети называются WAN.

2. локальные вычислительные сети (ЛВС), охватывающие ограниченную территорию, обычно в пределах удалённости узлов сети не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже - на несколько км. Локальные сети обозначаются сокращением LAN.

3. корпоративные сети (масштабные предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающая территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение.

Среди глобальных сетей следует выделить единственную в своём роде глобальную сеть - Интернет и реализованную в ней информационную службу World Wide Web.

Различают интегрированные сети, неитегрированные сети и подсети.

Интегрированная вычислительная сеть (Интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями. Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п. В этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

Кабели.

1. Коаксиальный кабель (аналогичным кабелем подключается телевизор к внешней антенне).

Вставить картинку.

2. Витая пара - попросту говоря несколько пар скрученных проводов, помещённых в один общий кабель (медных проводов). Этот кабель обычно экранирован и изолирован от внешних воздействий: электромагнитных волн и т.п.

Вставить картинку.

3. Оптическое волокно - это тонкий и гибкий кабель, по которому данные передаются с помощью световых волн. Такой тип кабеля позволяет передавать данные на расстояние, превышающее 1 км без потери качества передаваемого сигнала. По своему внешнему виду этот кабель похож на коаксиальный. Он состоит из толстого стеклянного волокна, вокруг которого оплетена пластиковая изоляция, не позволяющая выйти лучу света за пределы центрального волокна. И всё это ещё раз оплетено защитной пластиковой изоляцией.

Сетевые топологии.

Топологии локальных сетей можно рассматривать либо с физической, либо с логической точки зрения.

Физическая топология определяет геометрическое расположение элементов, из которых состоит сеть.

Топология - это не просто карта сети, а теоретическое и в какой-то мере графическое описание формы и структуры локальной сети.

Логическая топология определяет возможные связи между объектами сети, которые могут общаться друг с другом. Такой тип топологии удобно использовать, когда необходимо определить, какие пары объектов сети могут обмениваться информацией, и имеют ли эти пары физическое соединение друг с другом.

Базовые топологии.

1. Шина (линейная топология)

Рисунок При линейной топологии все элементы сети подключены друг за другом при помощи одного кабеля. Концы такой сети должны быть затерминированы при помощи небольших заглушек - терминаторов. Обычно при такой топологии используется один кабель и в нём нет никакого дополнительного сетевого оборудования, которая позволяет соединять компьютеры и другие объекты сети. Все подключённые к такой сети устройства "слушают" сеть и принимают только те проходящие пакеты, которые предназначены для них, остальные игнорируют.

2. Топология кольцо.

Рисунок

При кольцеобразной топологии каждая рабочая станция соединяется с двумя своими ближайшими соседями. Такая взаимосвязь образует локальную сеть в виде петли или кольца. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на пакеты, адресованные ему, и передаёт другие пакеты следующей работающей станции вниз.

3. Топология звезда.

Рисунок В сетях со звездообразной топологией рабочие станции подключаются к центральным устройствам - концентраторам. В отличие от кольцеобразной топологии (физической или виртуальной) каждое устройство звездообразной топологии получает доступ к сети независимо от других, и общая скорость работы сети ограничена только пропускной способностью концентратора.

Звездообразная топология является доминирующей в современных локальных сетях. Такие сети довольно гибкие, легко расширяемые и относительно недорогие по сравнению с более сложными сетями, в которых строго фиксированы методы доступа к сети. Таким образом, звёзды вытеснили устаревшие и редко использующиеся линейные и кольцеобразные топологии. Более того, они стали переходным звеном к последнему виду топологии - коммутируемой звезде.

Терминология компьютерных сетей.

Аппаратный адрес (физический адрес) - это адрес, присвоенный определённому сетевому устройству. Имеет вид шестизначного числа в шестнадцатеричном формате.

Брандмауэр (фаер-вол) - аппаратное или программное устройство, защищающее сеть и управляющее доступом к ней. Брандмауэр препятствует поступлению нежелательных данных внутрь сети и позволяет только определённой информации покидать сеть.

Виртуальный канал - канал, который для пользователя представлен в виде простого прямого соединения, но на самом деле реализующийся более сложными методами.

Выделенная линия - постоянное соединение, предоставляемое телекоммуникационной компанией для доступа к Интернет или Интранет.

Для соединения по выделенной линии не нужно звонить как при модемном соединении.

Клиент. Обычно так называют программу, которая работает в паре с другой программой - сервером, который находится где-то в сети. Клиент (клиентская программа) отправляет серверу по сети запрос для выполнения каких-либо задач.

Коллизия - результат одновременной попытки нескольких компьютеров получить доступ к физической среде сети.

Концентратор (HAB) - устройство, соединяющие другие устройства (например, другие компьютеры) обычно в топологии звезда.

Маршрутизатор (роутер) - представляет собой устройство, "предпринимающее решение" по какому из нескольких сетевых путей отправить данные, которые через него проходят.

Маршрутная таблица - каталог, хранящийся в памяти маршрутизатора, в котором содержатся адреса других сетей или устройств и способы их достижения.

Модем (модулятор - демодулятор) - это коммуникационное устройство, преобразующее цифровой сигнал в аналоговый (при передаче данных) и аналого-цифровой (при приёме данных).

Мост - устройство, соединяющее несколько локальных сетей. Мосты часто используются для сегментирования сети, тем самым увеличивая полосу пропускания данных в отдельных её сегментах.

Пакет - набор битов, состоящих из адреса, данных и контрольной информации, которая передаётся как единое целое.

Полудуплекс - метод двухсторонней передачи данных, при котором информация в определённый момент времени может передаваться только в одном направлении.

Полный дуплекс - это метод передачи данных с возможностью одновременной передачи информации в обоих направлениях (отправки и получения).

Переход (хоп) - термин маршрутизации, означающий переход данных от одного маршрутизатора к другому, прежде чем будет достигнут пункт назначения.

Повторитель (репитер) - устройство, позволяющее увеличивать длину локальной сети или расстояние между устройствами, подключённые к ней. Повторитель усиливает сигнал, попадающий в него, прежде чем передать его дальше.

Протокол - набор правил, описывающих метод передачи информации по сети, протокол управляет форматом времени передачи данных и исправление ошибок, возникающих при передаче.

Сервер - программа, выполняющая команды клиента и выдающее определённый результат. Часто сервером называют компьютер, на котором работает серверное программное обеспечение.

Файловый сервер - компьютер, подключённый к сети и предоставляющий большое дисковое пространство службы доступа к нему для пользователя. Файловые серверы часто настроены таким образом, чтобы к ним могли получить доступ только определённые пользователи или группы пользователей.

Шлюз - сетевое устройство, производящее преобразование протоколов при передаче информации между разновидностями сетями. Шлюзы часто используются для доступа к глобальной сети из локальной.

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) - это ассиметричная цифровая клиентская линия. Высокоскоростная модемная технология, благодаря которой предоставляется, например, доступ к Интернет по существующей телефонной линии. При таком соединении в сторону клиента достигается скорость передачи данных до 8 Мбит/с, в сторону поставщика услуг - 1,5 Мбит/с.

ASK II - американский стандарт кода для обмена информацией. Набор символов, в котором каждая буква, цифра или контрольный символ состоит из семибитовой последовательности.

DNS (служба доменных имен) - служба, преобразующая строчные адреса (www.yahoo.com) в понятные компьютеру ip-адреса, например 182.156.12.24.

Ethernet - наиболее часто использующая среда локальных сетей, позволяющая работать со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с.

Frame relay - метод использования виртуальных каналов для передачи данных между сетями, подключенными к глобальной сети.

IP (интернет-протокол) - сетевой протокол, использующий адресную и определённую контрольную информацию для того, чтобы данные могли перемещаться по сети в нужных направлениях. IP-адрес необходим для маршрутизации и состоит из 4х десятичных чисел

от 0 до 255 (192.168.35.20)

IPX (Internet Packet Exchange) - обмен внутрисетевыми пакетами. Набор протоколов, разработанные компанией Movell Int и использующийся компьютерными системами, подключенными к сети под управлением ОС Movell Net Ware. Является эквивалентом протокола IP в наборе протоколов TCP-IP.

PING - программа, использующаяся для определения доступности удалённого компьютера путём отправки нескольких специальных экопакетов и ожидания ответа.

RJ45 - стандартный восьмиконтактовый штекер (джек). Такой штекер очень похож на обычный 6-ти контактный штекет Rj11, использующийся в телефонной сети.

TCP/IP - набор протоколов, исп для передачи данных в inronet и internet. ТСП и АЙПИ это 2 протокола. Протокол ТСП (протокол упр передачей) отвечает за надежную передачу данных. Протокол ИП отвечает за непрерывную передачу данных.

Одноранговые и серверные сети.

Одноранговая сеть - простейшая сеть, в которой используются рабочие станции и простейшее сетевое оборудование (концентраторы/коммутаторы).

Такие сети легко настраиваются, однако они имеют некоторые ограничения. Например, если для такой сети необходим выход в интернет придётся использовать одну из рабочих станций в качестве программного марщрутизатора.

Серверные сети стоят на более высоком уровне. Как правило, в них используются выделенные серверы (довольно мощный компьютер с определённым программным обеспечением), который управляет доступом пользователей к сети, разрешает или запрещает передачу данных в определённые точки сети и выполняют ещё множество других задач.

Такие сети устанавливаются в крупных компаниях с несколькими сотнями и даже тысячами пользователей, которыми гораздо легче управлять централизовано.

Сетевое программное обеспечение.

Концентратор - простейшее из активных сетевых устройств. Как следует из названия, концентратор является центром активности. Кратко говоря, концентратор - это устройство, к которому подключаются сетевые объекты при звездообразной топологии. Концентратор играет роль разделителя сигналов. Он принимает сигнал, поступивший в него из одного порта и распределяет его по всем остальным своим портам. Некоторые концентраторы, перед тем, как передать поступивший слабый сигнал, усиливают его.

Концентраторы бывают 3х типов:

1. Пассивный концентратор - это самое простейшее устройство. Он не особо улучшает производительность сети и никак не поможет вам в поиске неисправностей или при перегрузке сети. Такой концентратор просто получает пакеты, приходящие из одного порта, и отправляет их во все остальные.

2. Активный концентратор - обладает всеми свойствами пассивного концентратора и кроме того следит за данными, которые отправляет. В нём используется так называемая функция "сохранить и отправить", позволяющее считывать данные перед отправкой. Это не означает, что такой концентратор может выполнять какую-либо приоритезацию потоков данных. Однако, он может восстановить некоторые повреждённые пакеты и перераспределить отправку остальных пакетов. Кроме того, если активный концентратор получает слабый сигнал, он может усилить его, перед тем как передать дальше. Это позволяет использовать в сети устаревшие устройства. Так же некоторые активные концентраторы могут сообщать о некорректно работающих устройствах в сети и таким образом проводить некоторую централизованную диагностику локальной сети.

3. Интеллектуальный концентратор имеет массы преимуществ перед пассивным и активным концентратором. Помимо всех свойств и функций, которые доступны первым двум типам концентраторов, интеллектуальный концентратор позволяет централизовано управлять локальной сетью. Если возникает какая-либо проблема с любым устройством сети, которое подключено к интеллектуальному концентратору, её можно легко выявить, изучить и устранить, используя управляющую информацию, которая предоставляется таким концентратором. Исключением являются проблемы, возникшие с самим концентратором. Это значительное улучшение по сравнению со стандартными активными концентраторами. Без такого централизованного управления поиск неисправностей для сетевого администратора крупной компании заканчивается беготней между шкафами с кабелями в поисках некорректно работающего оборудования. Помимо этого, интеллектуальный концентратор может автоматически изменять скорость передачи данных для разных устройств, которые к нему подключены. Стандартные скорость поддерживающие в Ethernet-сетях - 10, 16 и 100 Мбит/с (последнее время всё чаще разговор заходит о скорости 1 Гбит/с).

Коммутатор.

Коммутатор - это устройство, которое внешне мало чем отличается от концентраторов, но это только внешнее сходство.

Существует как минимум 3 фактора, которые отличают коммутатор от его сетевых братьев:

1. Общая скорость (коммутатор гораздо быстрее);

2. Метод передачи данных (коммутатор умнее);

3. Большее количество портов.

В отличие от концентратора, коммутатор может делить сеть на сегменты и предотвращать ненужный поток данных из одного сегмента в другой, либо в случае, если идёт обращение клиента из одного сегмента в другой, направлять кадры только по тем сегментам, в которых присутствуют адреса отправителя и получателя. В обычных некоммутируемых сетях каждый раз, когда какое-либо устройство начинает передавать данные, т.е. обращается к сети, другие устройства уже не могут этого сделать. Это позволяет избежать коллизии в сети. И хотя данный метод сохраняет целостность передавать данные, он не улучшает общую производительность сети.

Коммутаторы же позволяют обращаться к сети к нескольким подключённым к нему устройствам. Таким образом, увеличивается скорость работы и уменьшается задержка. Вообще, главное отличие коммутаторов от концентраторов заключается в том, что коммутаторы при подключении к нему других устройств динамически создаёт таблицу из пар их аппаратных адресов и соответствующих им портов.

Физический адрес Порт 00-53-45-00-00-00

35-F3-54-03-49-A0

... Port 05 Port 12

... Таким образом, когда коммутатор принимает кадр, он просматривает, кому этот кадр предназначается, находит в своей коммутационной таблице соответствующий аппаратный адрес и порт, к которому подключено устройство с таким адресом, и отправляет этот кадр через обнаруженный порт.

Включив коммутатор в свою растущую сеть, вы получите массу преимуществ:

1. сократится задержка реагирования сети;

2. ускорится передача файлов;

3. уменьшится количество коллизий и других ошибок при передаче данных и существенно упростится процесс управления большой сетью.

Маршрутизатор.

Маршрутизация - это более сложный процесс, чем коммутация. Здесь мы отдаляемся от физических частей сети. Каждый компьютер в маршрутизируемой сети имеет свой собственный адрес, соответствующий тому протоколу, с которым работает такая сеть.

С точки зрения локальных сетей маршрутизаторы используются редко. Коммутаторы и концентраторы в данном случае отлично справляются со своей задачей. Если же сеть разрастается до размеров глобальной сети (WAN), то в такой случае без маршрутизаторов не обойтись.

Тут схема типо.

Т.к. маршрутизатору не нужно подключать каждый компьютер сети, а только большие её сегменты, в ней нет такого кол-ва портов, как в коммутаторе или концентраторе. Для него достаточно числа портов соответствующее кол-ву соседних сегментов сети. Каждый маршрутизатор ведёт свою таблицу маршрутизации, отдельно напоминающая таблицу коммутации коммутатора. В ней указываются группы сетей и интерфейсы маршрутизатора, к которым они подключены. Таким образом устройство знает на какой порт отправить принятый пакет. По сути, маршрутизатор - это узко специализированный компьютер, в котором как и в обычном компьютере работает специальная ОС, которую можно соответствующим образом настроить.

Мост. Мост - это устройство, соединяющее вместе 2 локальные сети. Оно передаёт кадры по сети, используя физические мак.адреса сетевых устройств.

Термин "маршрутизаторы" может показаться более привычным, поэтому часто мост называют "низкоуровневым маршрутизаторам". Так как маршрутизаторы оперируются логическими адресами, мосты более приближёнными к аппаратной части сети - физическими.

Рисунок.

На рисунке изображена схема сети с использованием мостов. Удалённый мост соединяет 2 удалённые локальные сети (мост 1 и мост 2 на рисунке). По низкоскоростному каналу, например, по телефонной линии, локальный мост соединяет 2 соседние локальные сети (мост 3) .

Для локального моста основной задачей является повышение производительности между двумя сетями, когда как для удалённого моста первоочередной задачей является соединение двух удалённых сетей.

Мостами часто сложнее управлять, чем маршрутизаторами. В таких протоколах, как IP, используются сложные протоколы маршрутизации, позволяющие сетевым администраторам управлять процессом марщрутизации.

Протокол IP так же позволяет логически разбить сеть на сегменты (используя методы распределения адресов по подсетям). Мосты же изначально плохо поддаются управлению, т.к. в для настройки используются только мак.адреса и параметры физической топологии. Поэтому мосты лучше подходят для использования в небольших и простых сетях.

Построение сетевой инфраструктуры.

Ethernet - одна из старейших, простейших и самых дешёвых технологий локальных сетей. Её типы различаются на основе использования среды передачи или, иным словами, по типу кабеля:

* 10 Base-5 (толстый коаксиальный кабель) - это самый старинный тип кабеля.

* 10 Base-2 (тонкий коаксиальный кабель)

* 10 Base-Т (витая пара)

* 10 Base-F (оптическое стекловолокно)

Архитектура всех этих типов приблизительно одинакова. Они передают данные по локальной сети со скоростью до 10 Мбит/с. Для отправки данных по сети используется

CSMA/CD и на сегодняшний день самым распространенным типом Интернет является сеть, построенная на базе медной витой пары.

CSMA/CD.

Сердцем технологии Ethernet является протокол CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). Контроль несущей обозначает, что каждый компьютер проверяет, передаёт ли какой-либо другой компьютер данные в сеть. Если это так, компьютер не обнаруживает несущую и не начинает передачу своих данных. Компьютер будет проверять наличие несущей до тех пор, пока не освободится сеть и несущая станет свободной. Обнаружение конфликтов означает, что если 2 компьютера одновременно начинают передать данные в сеть и их сигналы сталкиваются (происходит коллизия или другими словами конфликт), они прекращают передачу и возобновляют её только по истечении случайного промежутка времени. Множественный же доступ просто означает, что каждая машина подключена к одной линии сети.

TOKEN RING. - устаревшая технология локальный сетей основана на кольцеобразной топологии. Эта технология работает следующим образом: ведущий компьютер создаёт в сети специальный информационный объект, который называется маркером, и отправляет его по сетевому кольцу. Этот маркер решает, какой из компьютеров имеет право на передачу данных в сеть. Достигая компьютера, у которого есть что-то для передачи, маркер захватывает его и меняет статус на "занят". Далее компьютер прикрепляет к нему ту информацию, которую он хочет передать и отправляет дальше по сети. Маркер циркулирует по сети до тех пор, пока не попадает к тому компьютеру, к которому эту информация предназначается.

Получающий компьютер забирает данные и отправляет маркер дальше. Когда он попадает к компьютеру-отправителю (который прикрепил к нему данные), маркер удаляется из сети, затем создаётся новый маркер, после чего цикл повторяется.

Архитектура сети TOKEN RING является упорядоченной и эффективной. Существуют 2 её типа: один работает на скорости 1 Мбит/с, а другой на 16.

FAST ETHERNET.

Как и технология ETHERNET, архитектура FAST ETHERNET имеет несколько видов, отличающихся друг от друга типами используемых кабелей:

* 100 BASE-T4 (витая пара, используется 4 пары проводов)

* 100 BASE-TХ (витая пара, используются только 2 пары проводов)

* 100 BASE-FX (оптическое стекловолокно)

Сама же технология FAST ETHERNET является только скоростной сестрой технологии ETHERNET.

В сетях FAST ETHERNET скорость передачи данных достигает 100 Мбит/с.

FDDI. FDDI (распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам) - это устойчивая среда передачи данных, поостренная на базе оптического стекловолокна и обеспечивающая скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Такая среда часто используется в качестве магистральных каналов к большим локальным сетям, а так же в качестве соединительного канала между локальными сетями и высокоскоростными компьютерами.

Технология FDDI основана на топологии TOKEN RING, но вместо одного основного кольца для передачи информации в ней используются 2. Первое кольцо обычно является основным, а второе необходимо в качестве резерва. Кольца посылают навстречу друг другу маркеры, чтобы уменьшить кол-во возникающих ошибок в сети. В некоторых типах этой технологии второе кольцо используется не как резервное, а как дополнительное к основному. Таким образом, скорость передачи данных увеличивается в 2 раза.

SDDI.

Технология SDDI (распределённый проводной интерфейс передачи данных) была создана чтобы снизить высокую стоимость оптического стекловолокна использующегося при реализации в сети на базе технологии FDDI.

Для SDDI используется обычная экранированная витая пара проводов.

Волоконно-оптический канал.

(FIBRE SHANNLE) - интеллектуальная схема соединения, которая работает не только со своим протоколом, но и с таким протоколами как FDDI, SCSI, IP и многими другими.

Она была создана в виде единого стандарта для организации сети хранения информации и передачи данных. Изначально созданная для глобальных сетей схема с волоконно-оптическим каналом легко преобразуется для стандартов локальной сети с помощью коммутаторов. В ней так же поддерживаются как электрические, так и оптические среды передачи данных, что позволяет достигать скорости от 133 до 1062 Мбит/с. Ключевой частью волоконно-оптического канала является так называемый фундамент - абстрактный объект, являющийся промежуточным сетевым устройством, будто то закороченная петля, активный концентратор или канальный коммутатор.

ATM.

Технология ATM (асинхронный режим передачи) была создана в виде стандарта для международных цифровых сетей.

ATM - это высокопроизводительная технология, которая подходит как для глобальных, так и для локальных сетей.

Для её реализации необходим специальный скоростной коммутатор, который подсоединяется к компьютерам оптическими кабелями (один для передачи и один для приёма).

ATM так же поддерживает одновременную передачу голоса данных и видео по одной сетевой технологии. Скорость передачи данных такой сети может быть 25 Мбит/с и выше и даже террабита скоростей.

Гигабит Ethernet.

Обычно Ethernet-сети работают на скорости 10 Мбит/с либо 100. Гигабитные сети увеличивают эту цифру в 10 раз, позволяя передавать информацию со скоростью до 1000 Мбит/с. Существующие сети Ethernet и Fast-Ethernet полностью совместимы и легко могут быть расширены до гигабитной архитектуры. Это архитектура поддерживает протокол CSMA/CD и может работать как с оптическим стекловолокном, так и с витой парой и даже с коаксиальным кабелем.

Характеристики сетей и качество услуг.

Выделяют 2 вида услуг: транспортные и информационные.

Транспортные услуги состоят в передаче информации от одного абонента сети к другому без внесения каких-либо изменений (телефонные линии, почта и т.д.).

Информационные услуги предоставляют абоненту некоторую новую (справочную) информацию. Они всегда связаны с операциями обработки информации (формирование нужных данных, хранение, поиск и преобразование к требуемому виду). Для их оказания применяются различные информационные средства и технологии (программирование, БД, файловые архивы).

Для пользователя наибольший интерес представляет 3 вида показателей:

1. производительность сети.

Для её оценки используют скорость и задержку передачи данных:

o Скорость передачи данных - отношение объёма переданных данных к длине временного интервала. В зависимости от длины интервала, на котором определяется скорость, используются средняя и пиковая скорость.

o Задержка передачи данных - время запаздывания между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого элемента (устройства) или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Для количественной оценки используют такие статистические показателя, как среднее значение задержки, максимальная задержка, время реакции сети, джиттер, коэффициент вариации и другое.

2. Надёжность сетей.

Для оценки надёжности сетей используются следующие показатели:

o доля потерянных пакетов (L) - равна отношению числа потерянных пакетов (Nl) к общему кол-ву переданных пакетов (N): L=Nl/N.

o коэффициент готовности - отражает долю времени, в течение которого система или служба сети доступна пользователям, т.е. находится в работоспособном состоянии. Например, КГ телекоммуникационного оборудования телефонных сетей = 0,99999, что соответствует 5 минутам простоя в год.

o отказоустойчивость - характеризует способность системы (сети) скрывать от пользователя отказ отдельных элементов.

3. Безопасность сетей.

o средство защиты внутренних информационных ресурсов, эти средства должны защищать от несанкционированного доступа аппаратные ресурсы (серверы, дисковые массивы, маршрутизаторы, программные ресурсы, ОС, СУБД, почтовые службы) и сами данные, хранящиеся в файлах и обрабатываемые в ОП.

Таким средством является брандмауер, устанавливаемый в местах всех соединений внутренней сети с внешней, он контролирует обмен данные и не пропускает подозрительный трафик во внутреннюю сеть.

o средство защиты информации в процессе её передачи через сеть. К ним следует отнести виртуальные частные сети.

Показатели для поставщика услуг.

1. Расширяемость сети - это способность к расширению функциональных возможностей добавлению пользователей, компьютеров, приложений, служб, наращиванию длину сегмента кабеля и замены существующей аппаратуры более мощной.

2. Масштабируемость сети - это способность к наращиванию кол-ва устройств, узлов и протяжённости связей сети без снижения её производительности. Примером хорошо масштабируемой сети является интернет.

3. Управляемость сети - это возможность централизованного контроля состояния оборудования сети, выявления и разрешения возникающих проблем, анализ производительности и планирование развития сети, а также наличие в сети с автоматизированных средств администрирования, взаимодействующих с программным и аппаратным обеспечением сети с помощью коммуникационных протоколов.

4. Совместимость сети отражает способность включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение, поддерживающее разные стеки коммуникационных протоколов, аппаратные средства и приложения. Сеть, состоящая из разнотипных элементов, называется неоднородной или гетерогенной.

Основной путь построения интегрированных сетей - использование модулей, выполненных в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.

Стандартизация и сетевые модели.

Стандартизация и открытые системы.

Под стандартизацией понимают сведение множество различных изделий к небольшому числу типовых образцов.

Стандарт утверждается компетентным органом и представляет собой нормативно-технический документ в виде спецификации. Под спецификацией понимают формализованное описание аппаратных и программных компонентов, их характеристик, условий эксплуатации и способов взаимодействия с другими компонентами.

Необходимость к стандартизации привела концепция открытых систем. К открытым системам относятся аппаратные и программные компоненты, построенные в соответствие с общедоступными опубликованными спецификациями. Примером открытой сети может служить Интернет, который объединил в себе самое разнообразное оборудование и программное обеспечение огромного числа сетей, разбросанных по всему миру.

В разработке стандартов этой сети принимали участие различные научные организации, а так же производители аппаратных средств ПО.

Классификация стандартов.

В работе по стандартизации телекоммуникационных сетей принимает участие большое число различных организаций, фирм изготовителей оборудования и ПО, а так же научных учреждений, ассоциаций, министерств и ведомостей.

Выделяют 4 группы стандартов:

1. международные, к которым относятся стандарты международной организации по стандартизации (ISO), международного союза электросвязи ITY.

2. национальные - отечественные стандарты, стандарты американского национального института стандартов (ANSI); стандарты, разработанные национальным центром компьютерной защиты (NCSC) министерства обороны США и другие.

3. специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими компаниями, например, стандарты, разрабатываемые специально созданным объединением (ATM FORM), насчитывающем около 100 коллективных участиях, или стандарты союза PAST ETHERNET ALLIANCE.

4. отдельных фирм, например, стек протоколов архитектуры сетевых систем (SNA) компании IBM или графический интерфейс OPEN LOOK для UNIX-систем компании SUN.

Концепция семиуровневой модели.

В компьютерных сетях идеологической базой стандартизации является многоуровневый подход разработки средств сетевого взаимодействия. На основе этого подхода была разработана стандартная семиуровневая модель взаимодействия открытых систем.

Организация взаимодействия между устройствами компьютерной сети является сложной задачей, для решения которой при построении модели ISO использовался принцип декомпозиции, согласно которому:

1. одна сложная задача была разбита на 7 более простых задач, образуя 7 отдельных уровней.

2. для решения задач некоторого уровня могут быть использованы средства непосредственно примыкающего ниже лежащего уровня.

3. полученные результаты выполненной работы могут быть переданы только соседнему вышележащему уровню.

Т.к. в процессе обмена сообщениями участвуют 2 узла сети (компьютера), необходимо организовать согласованную работу 2х иерархий в 2х направлениях: горизонтальном и вертикальном (см. рис).

В горизонтальном направлении происходит протокольный обмен между 2 узлами (А- В). Для обмена оба участника должны принять ряд соглашений. Например, для физического уровня необходимо согласовать способ кодирования электрических сигналов, метод контроля достоверности и т.п.

Такие соглашения в виде формализованных правил, определяющих формат и последовательность передачи сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом.

В вертикальном направлении обмен осуществляется в отдельном узле (А или В) от одного уровня к другому. Модули, находящиеся в одном узле на 2х соседних уровнях так же взаимодействуют друг с другом, в соответствии с чётко определёнными правилами, которые называются интерфейс. Интерфейс определяет услуги, предоставляемые данным уровнем соседнему уровню. Таким образом, средство каждого уровня должны отрабатывать свой собственный протокол, также интерфейсы с соседними уровнями. При этом протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы - правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно, не только компьютерами, но и такими сетевыми устройствами, как концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и т.д.

В зависимости от типа устройства в нём должны быть встроенные средства (аппаратные или программные), реализующие тот или иной набор протоколов. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, чисто аппаратными средствами.

Другие сетевые модели.

Получившее широкое распространение семиуровневая модель OSI не является единственной. Самая первая сетевая модель DoD была разработана в 1970 годах. Позднее она получила название TCP/IP, поскольку разрабатывалась вместе с протоколом как часть проекта ARPA NET - это более простая модель, чем OSI. Она содержит только 4 уровня, которые можно приближённо отразить на 7 уровней модели OSI. Некоторые поставщики сетевых ОС используют для описания работы компонентов этих систем собственные сетевые модели. Примером такой модели может служить сетевая модель Microsoft Windows для Windows NT/2000.

Семиуровневая сетевая модель (OSI).

Прикладной уровень.

Прикладной уровень - это высший уровень модели, которая организует взаимодействие прикладных программ пользователя с процессами моделями OSI.

Обеспечивает им набор определённых сетевых устройств (передачи файлов, обмен почтовыми сообщениями, доступ к принтеру, управление сетью и т.д.). Взаимодействие сообщения с высшим уровнем модели осуществляется через прикладной программный интерфейс (API).

Назначение, задачи и функции прикладного уровня определяются набором протоколов, с помощью которого пользователи сети получают доступ к сетевым ресурсам.

Например, FTP используется для передачи файлов между компьютерами, на которых могут быть установлены разные ОС или платформы, при этом клиентская программа FTP предназначена для организации соединения при загрузке файлов сервера, а программное обеспечение FTP-сервера используется на компьютере, передающем файлы.

Уровень представления.

Уровень представления - этот уровень обеспечивает требуемую форму представления, передаваемой по сети информации без изменений её содержания. На этом уровне анализируется представление символов, формат страниц и графическое кодирование вместе с различными правилами шифрования.

При управлении экраном терминала реализуются и другие функции, например очистка экрана, защита от стирания некоторых частей экрана и обозначения на экране особо важных полей (в частности с помощью мерцания).

Средствами данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия представления данных. Благодаря этому информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы будет понятна прикладному уровню в другой системе.

При передаче на этом уровне могут выполняться:

1. шифрование данных, благодаря которому обеспечивается секретность обмена данными сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является Secure Socket Layer (SSL - уровень защитных гнёзд сокетов), обеспечивающих секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

2. сжатие данных: уменьшение объёма данных в целях их быстрой передачи по сети;

3. преобразование данных из одного протокола в другой для передачи их между разными платформами и ОС.

На принимающем компьютере уровень представления обеспечивает распаковку, расшифровку и другие преобразования данных, пригодных для пользовательских приложений и передаче данных на прикладной уровень.

Уровень представления могут поддерживать редиректор, представляющий собой программу, которая определяет средства (локальный компьютер или сетевое устройство) обработки запросов и шлюз в виде устройства или программы, служащей точкой соединения между 2 разными сетями.

Сеансовый уровень.

Сеансовый уровень. Данный уровень обеспечивает координацию связи между 2 узлами (ПК) сети, т.е. поддержание диалога между процессами определённого типа. Для этого предусмотрено большое число функций по организации передачи данных и по синхронизации процедур взаимодействия.

Сеансовый уровень выполняет следующие функции:

1. отвечает за установление сеанса связи между передающим и принимающим узлами связи (ПК), организует сеанс обмена данными, управляет приёмом и передачей пакетов, обеспечивает завершение сеанса.

2. осуществляет контроль за степенью завершения длинных передач, что позволяет избежать повторной пересылки данных при разрыве связи и возобновить передачу с прерванного места. Для этого устанавливается точки проверки для синхронизации потока данных к приложению, т.е. в потоке данных размещаются маркеры. Если в канале связи произошёл сбой, то повторно передаются только данные, начиная с последнего маркера.

3. обеспечивает управление диалогом для того, чтобы фиксировать, какая из сторон в настоящий момент является активной;

4. устанавливает и разрывает диалоги приложения с приложением;

5. проверяют режим связи (одно или двунаправленный);

6. определяет категории (приоритеты) услуг и генерирует сообщение о неполадках у себя и на вышестоящих уровнях.

7. выполняет задачи обеспечения безопасности для распознавания имён.

Транспортный уровень.

Этот уровень занимает центральное место в иерархии уровней сети. Он является пограничным уровнем между вышележащими уровнями, в сильной мере зависящими от приложений, и нижележащими уровнями, привязанными к конкретной сети. Сообщением является пакет данных протокола транспортного уровня. По сути, транспортный уровень связывает промежуточные системы Intermediate System - IS, обеспечивающий передачу пакетов между отправителем и получателем с использованием нижних уровней, и оконченные системы (End System - ES), работающие на верхних уровнях.

Назначение транспортного уровня - обеспечение качественной передачи сообщений от отправителя к получателю и контроль ошибок.

Основные функции транспортного уровня.

В их число входит:

1. разбиение передаваемых данных на пакеты.

2. сборка принимаемых пакетов и передача их в нужной последовательности на сеансовый уровень, поскольку в большой маршрутизированной сети пакеты могут избегать приёмника не в том порядке, в котором они передавались.

3. определение путей передачи пакетов.

4. контроль передачи данных, обнаружение и исправление ошибок передачи данных, вызванных искажениями, потерями или дублированием пакетов.

5. согласование сетевых уровней различных несовместимых сетей.

6. отображение логических (символьных) имён на логические сетевые адреса, с использованием системы расширения имен Domain Name System - DNS.

Используются 2 режима передачи пакетов: с установлением и без установления соединения.

При режиме с установлением соединения в начале передачи устанавливаются соединения между источником и приёмником. В этом режиме передача может идти без нумерации пакетов, поскольку каждый из них идёт за предшественником по тому же пути. По окончании передачи соединение разрывается.

В режиме без установления соединения требуется нумеровать пакеты, поскольку они могут теряться, повторяться, приходить не по порядку.

Транспортные протоколы.

Протоколы 4х нижних уровней, которые называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, разрешают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Протоколы 3х верхних уровней, используя нижележащую транспортную подсистему, решают задачи предоставление прикладных сервисов.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами оконечных узлов сети - компонентами из сетевых ОС.

Сетевой уровень.

Этот уровень служит для организации совместной работы нескольких сетей с разной архитектурой при их объединении в единую сеть, называемую составной. Технология, позволяющая осуществить такое объединение, называется технологией межсетевого взаимодействия (Internetwork - ing). Локальная сеть с одной архитектурой (Ethernet, FDDI, Token Ring, ATM или Frame Relay) не способна обеспечить передачу данных в сеть с другой архитектурой, что обусловлено разным форматом используемых кадров, логикой работы протоколов и другими причинами. Ещё больше отличий можно обнаружить между архитектурами локальных и глобальных сетей. Таким образом, для организации и координации работы в сетях, построенных на основе различных архитектур, необходимы дополнительные средства. Такие средства представляют сетевой уровень в виде протоколов и специальных устройств.

Сетевой уровень отвечает за доставку пакетов данных отправителя одной сети получателю другой сети. Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемые маршрутизаторами. Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на её основании пересылает пакеты в сеть назначения. При пересылке пакетов происходит несколько транзитных передач между сетями. Последовательность маршрутизаторов, или путь, через который проходит пакет, называется маршрутом. Составление (выбор определения) наилучшего пути, или маршрутизация, является одной из главных задач сетевого уровня.

Особенности работы.

Весь путь передаваемого сообщения через составную сеть разбивается на участки от одного маршрутизатора до другого причем каждый участок соответствует пути через отдельную сеть. Данные поступающие на сетевой уровень (от вышележащего транспортного) снабжаются заголовком сетевого уровня. Совокупность данных и заголовка образуют пакет. Заголовок пакета имеет унифицированный формат и содержат его адрес назначения.

Устройство сетевого уровня.

К ним относятся маршрутизаторы и коммутаторы сетевого уровня. Одной из функций маршрутизатора является физическое соединение сетей, поэтому маршрутизатор имеет несколько сетевых интерфейсов, которые можно считать узлами разных сетей. Каждому интерфейсу подключается одна сеть. Маршрутизаторы строятся на базе специализированных аппаратных платформ. В состав их программного обеспечения входят их протокольные модули сетевого уровня. Маршрутизатор может быть реализован программно на базе ПК.

Канальный уровень.

Data Link Layer - уровень звена данных.

Назначение канального уровня - поддержание интерфейсов с 2мя соседними уровнями, для чего он разделён на 2 подуровня: разделение логической связи и управление доступом к среде.

Подуровень управления логической связью.

Logical Link Control - определяет логическую топологию сети, которая может не совпадать с физической топологией. На этом подуровне определяется поставка и поддержка виртуального канала связи.

Подуровень LLC скрывает от вышестоящих уровней подробности технологической реализации сети, благодаря чему сетевой уровень не видит различий между локальными сетями Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI.

Подуровень управления доступом к среде.

Media Access Control (MAC) - устанавливает правила использования физического, нижележащего уровня узлами сети.

На этом подуровне распознаются электрические сигналы (биты данных, способы кодирования, маркеры), обнаруживаются коллизии, выявляются и исправляются ошибки. Подуровень MAC работает с так называемыми MAC-адресами, каждый из которых представляет собой уникальный физический адрес устройства.

Особенности работы канального уровня состоят в том, что сетевой уровень узла отправителя передаёт канальному уровню пакет, в котором указан адрес узла назначения (получателя). Канальный уровень создаёт кадр и инкапсулирует (помещает) в него пакет. Коммутаторы в сети продвигают исходный пакет согласно адресу назначения.

Отметим, что в локальных сетях канальный уровень обеспечивает доставку кадра между любыми узлами сети, а в глобальных сетях - только между узлами, соединёнными индивидуальной линией связи.

Протоколы канального уровня реализуются компьютерами, мостами (или коммутирующими концентраторами) и маршрутизаторами. В компьютерах выполнение функций канального уровня возлагаются на сетевые адаптеры или драйверы.

Физический уровень.

Это самый нижний уровень сетевой модели OSI. Единицей передачи данных является бит.

Назначение и основные особенности.

На физический уровень возлагается обеспечение взаимодействия (интерфейса, согласования) физических объектов (сигналов, узлов и линий связи сети) при передаче сообщений. Его главной задачей является формирование и доставка сигналов в виде последовательности битов узлу назначения с использованием различных аппаратных средств.

На физическом уровне определены:

1. сигналы, их виды (электрические, световые, аналоговые, цифровые и др.), характеристики (крутизна фронтов импульсов, уровней напряжения, способы бинарного кодирования и др.) и способы передачи (синхронный, асинхронный).

2. физические, механические и электрические характеристики линии связи, к которым относятся: тип кабелей и разъёмов, разводка контактов в разъёмах.

Стеки протоколов.

Стек TCP/IP.

Протокол управления передачей или межсетевой протокол (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) разработан для разнородных вычислительных сетей. Стек протоколов TCP/IP постоянно развивается и является наиболее распространённым протоколом сетевого и транспортного уровней для сетей различных размеров и конфигураций.

Состав стека.

Стек состоит из трёх базовых наборов протоколов: сетевого уровня IP, управление передачей и дайтограм пользователя.

Протокол сетевого уровня IP (Internet Protocol) отвечает за передачу и маршрутизацию сообщений между узлами интернет. Протокол IP определяет правила, по которым данные разбиваются на пакеты, передающиеся между оконечными системами и маршрутизаторами. Текущая версия - 4.0, внедряемая - 6.0.

Основные особенности новой версией протокола IP v6 по сравнению с IP v4 состоят в следующем:

1. поле адреса имеет длину 16 байт, что обеспечивает практически неограниченный запас Интернет-адресов (216), т.е. решает основную проблему, поставленную при разработке протокола.

2. Если у протокола IP v4 заголовок пакета содержал 13 полей, то в новой версии IP он состоит всего из 7, поэтому маршрутизаторы могут значительно быстрее обрабатывать пакет. Используемый способ представления необязательных параметров упростил для маршрутизаторов пропуск не относящихся к ним параметров, что также ускорило обработку пакетов.

3. более надёжным, чем в нынешнем варианте IP v4, стало обеспечение безопасности с помощью используемых методов аутентификации конфиденциальности.

4. если в заголовке пакета IP v4 для представления услуг отведено 8-ми разрядное поле, которое практически не использовалось, то в новой версии при ожидаемом росте мультимедийного графика выделяется значительно больше разрядов.

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol) широко используемой в Интернет сетевой протокол транспортного уровня. Предоставляет конечным пользователям службу с установлением логического соединения. Гарантирует доставку передаваемых пакетов данных в нужной последовательности, но трафик при этом очень не равномерен, т.к. пакеты испытывают всевозможные задержки.

Протокол дейтаграмм пользователя (User Datagram Protocol) является сетевым протоколом транспортного уровня. Он представляет конечным пользователям службу без установления логического соединения. Отдельные пакеты передаются с использованием IP как можно быстрее (без проверки на правильность передачи и гарантий доставки). При этом часть пакетов может теряться. Однако передаваемое сообщение не прерывается, что важно, например, при передаче речи для обеспечения её разборчивости.

ТАБЛИЦА

Единица данных.

Каждый коммуникационный протокол оперирует некоторой единицей (блоком) передаваемых данных (протокол Data Unit - PDU). Название этих единиц иногда закрепляются стандартом, а часто просто определяются традицией. Название единиц PDU, получивших наиболее широкое распространение в протоколах стека TCP/IP, приведены на рисунке. Поясним смысл, в которые вкладывается эти названия.

Протокол данных, или поток - данные, поступающих от приложений на вход протоколов транспортно уровня - UDP и TCP.

Дейтограмма, или датаграмма, - единица данных протокола UDP транспортного уровня. Обычно дейтограммой называют данные, которые оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относятся и протокол IP межсетевого уровня, поэтому его единицу данных так же называют дейтограммой. Однако очень часто на уровне 3 используется и другой термин - пакет.

Сегмент - другая единица данных транспортного уровня, полученных из протокола TCP из входного потока.

Кадр (фрейм) - единица данных, в которую упаковываются IP пакеты для последующей пересылки их через отдельные сети составной сети. При этом не имеет значение название, используемой для этой единицы данных в каждой отдельной сети, т.е. для стека TCP/IP фреймом называют кадр сети Ethernet, в ячейку сети АТМ и пакет сети х.25.

Многие протоколы, входящих в пакет TCP/IP предназначены для сбора информации или устранения неполадок. Пакет протокола включает в себя также дополнительные компоненты, не обязательные в процессах сетевой коммуникации, например, утилита прикладного уровня, так же входящая в состав пакета TCP/IP.

Особенности стека TCP/IP.

Когда речь идёт о построении больших (глобальных) сетей, этому стеку протоколов отдаётся предпочтение по сравнению с другими протоколами, т.к. он с момента создания ориентирован на Интернет и наделён многими полезными свойствами. К таким свойствам следует отнести:

1. способность фрагментировать пакеты. Большая составная сеть часто состоит из (под) сетей, построенных на совершенно разных принципах, и каждая из (под) сетей может иметь собственное значение единицы (длину) передаваемых данных. При переходе из одной сети в другую может возникнуть необходимость уменьшить длину данных. Указанное свойство протокола позволяет разделить (фрагментировать) передаваемый пакет (кадр) на несколько частей;

2. гибкую систему адресации (3 уровня адресов: символьные, логические и физические), позволяющую проще, чем другие протоколы аналогичного назначения, включать в составную сеть сети разных технологий.

3. экономное использование широковещательных рассылок. Это свойство наиболее полезно при работе на медленных линиях связи характерных для территориальных сетей.

4. интерпретацию функций самого нижнего уровня (сетевых интерфейсов). Стек TCP/IP, в отличие от других многоуровневых стеков, освобожден от выполнения большого количества функций канального и физического уровня ISO. На нижний уровень стека, как указано выше, возлагается лишь ответственность за организацию взаимодействия с сетями составной сети, которая требует выполнения более простых процедур. Эта особенность делает составную сеть TCP/IP открытой для включения дополнительной сети с любой технологией передачи данных. При этом для каждой новой технологии должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP путём разработки соответствующего документа стандарта Интернет, определяющего метод инкапсуляции IP-пакетов в её кадры.

Сигналы как способ представления информации.

Сообщение является составной частью информации. Его можно рассматривать как форму представления (речь, текс, изображения, цифровые данные, графики, таблицы и т.п.) и как способ существования (передача сведений по линии связи). Для сообщения характерно наличие отправителя и получателя информации, а также используемая среда для её доставки в виде линии передач.

Сигнал представляет собой форму сообщения, преобразованного в целях его отображения передачи и регистрации. Сигнал переносит сообщение (информацию) на расстояние с использованием физической среды передач. Сигнал всегда является функций времени, даже если сообщение таковым не является. Например, неподвижное изображение, передаваемое по телевизионному каналу.

Данные следует рассматривать как зарегистрированные признаки неиспользуемой информации об объекте, которые хранятся в каком-либо месте. Когда же эти данные начинают использоваться для уменьшения неопределённости об объекте, они превращаются в информацию. Например, информацией принято считать поток компьютерных данных (компьютерный трафик), передаваемой по линии связи. Таким образом, информация является общим понятием, включающим в себя сообщения, сигналы и данные.

Классификация сигналов.

По непрерывности:

1. континуальные (от лат. непрерывные) - сигналы обычно называют аналоговыми, поскольку они являются аналогом реального физического процесса. Аналоговые сигналы используются в аппаратуре, радиосвязи и телевидении.

2. дискретные - относятся импульсные и цифровые сигналы. Особенность цифровых сигналов проявляется в том, что они, имея импульсную форму, несут в себе информацию, которую можно трактовать как некоторую последовательность двоичных цифр.

По использованию дополнительных периодических колебаний:

1. первичные (исходные, немодулированные) непосредственно отражают передаваемые сообщения. Наиболее ярким примером таких сигналов являются электрические колебания в цепи микрофона, представляющие собой копию исходного звукового сигнала. На приёмном пункте исходное звуковое сообщение выделяется путём непосредственного воздействия сигнала на телефон (без каких-либо дополнительных преобразований). Примером цифрового сигнала может служить 7-битная последовательность, несущая в себе информацию о десятичных цифрах. При приёме такой последовательности на 7-сегментном индикаторе высвечивается десятичная цифра. Главная особенность первичных сигналов состоит в том, что каждому абоненту сети для передачи сообщения требуется индивидуальная линия связи.

2. модулированные сигналы для транспортировки сообщения (первичного сигнала) используют дополнительно гармонические колебания или периодическую последовательность импульсов прямоугольной формы. Модуляцией называют процесс управления параметрами несущих колебаний с помощью первичного сигнала. При использовании гармонических колебаний в зависимости от управляющего параметра различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию. С помощью модулированных сигналов можно передавать несколько сообщений по одной линии связи, поэтому одной линией связи (средой передачи) могут пользоваться многие абоненты.

Основные понятия. Кодирование сигналов

Под кодом понимают символьное представление информации, а под кодированием - переход по определённому алгоритму от исходной формы символьного представления к новой форме. Декодирование - обратное преобразование.

Код можно характеризовать 3 основными параметрами:

1. основанием, представляющим собой число m различных элементарных символов (или алфавит) из которых составляют код. При m=2 код называется двоичным или бинарным, при m=3 - троичным и т.д. В цифровой технике используется двоичный код, при котором один из элементарных символов является 1, другим - 0.

2. значностью, которое определяется числом n символов алфавита, образующую кодовую комбинацию. Код называется равномерным, если в кодовых комбинациях используется постоянное число символов, и неравномерным в противном случае. Примером равномерного кода является код Бодо (n=5), неравномерного - код Морзе (разное n).

3. Максимальным числом N возможных кодовых комбинаций, которое при заданных m и n выражается следующим соотношением: N=mn. Например, при m=2 и n=3 получим 8 кодовых комбинаций: 000 001 010 011 100 101 110 111.

Требования к кодированию.

К основным требованиям следует отнести:

1. уменьшение уровня низкочастотной (и постоянной) составляющей в спектре передаваемых сообщений.

2. обеспечение синхронизации между передатчиком и приёмником.

3. обнаружение и по возможности исправление битовых ошибок.

Низкочастотная составляющая.

Её наличие обусловлено тем, что передаваемое сообщение представляет собой длинную последовательность из 0 и 1. Для наглядности будем полагать, что 0 соответствует низкий уровень напряжения, 1 - высокий. Если на некотором временном интервале в последовательности преобладают 0, то среднее значение напряжения будет близком к 0. Если преобладают 1, то среднее значение будет соответствовать некоторому постоянному напряжению. В связи с этим появляется низкочастотная составляющая, которая приближается к постоянному напряжению, из-за чего многие линии связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приёмником и источником, могут оказаться неработоспособными.

Синхронизация передатчика.

Пересылка сообщений по цифровым каналам осуществляется отдельными порциями в отведённые такты одинаковой длительности, и приёмник старается считать поступивший бит данных в середине каждого такта, т.е. он должен синхронизировать свои действия с передатчиком. Отсутствие синхронизма между передатчиком и приёмником может привести к ошибкам. Тёмным цветом на рисунке 3.8 выделены ошибочные биты при сдвиге принимаемой последовательности битов на один такой интервал. Использование отдельной линии связи для передачи тактовых импульсов в компьютерных сетях нецелесообразно поэтому в сетях для синхронизации используют так называемые самосинхронизирующиеся коды, которые несут в себе информацию для приёмника о том, в какой момент времени нужно осуществлять безошибочное распознавание очередного бита.

Распознавание и исправление искажённых данных.

Чаще всего они осуществляются на канальном, сетевом, транспортном или прикладном уровнях. Однако распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, т.к. приёмник не ждёт полного помещения кадра в буфер, а отбраковывает его сразу при распознавании ошибочных битов внутри кадра.

Требования, предъявляемые к кодам, являются противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых в дальнейшем способов кодирования обладает своими достоинствами и недостатками.

Классификация способов кодирования.

По назначению:

1. логическое кодирование данных (data encoding), используемое для уменьшения уровня низкочастотных составляющих потенциальных кодов (избыточные коды и скремблирование)

2. физическое (сигнальное) кодирование (signal encoding), предназначенное для представления дискретных символов (результатов логического кодирования) в электрические или оптические сигналы, передаваемые по линии связи.

По способности поддержки синхронизма передатчика и приёмника различают самосинхронизирующиеся коды и коды, не обладающие такой способностью.

Многие классификационные признаки кодов связаны с особенностями отображения логического нуля и единицы.

В зависимости от информативного параметра различают потенциальный способ кодирования (или код), при котором информативным параметров является постоянный уровень напряжения на всем тактовом интервале, например, высокий уровень соответствует логической единице, низкий - логическому нулю, и импульсный, при котором информативным параметром является перепад напряжения.

По полярности кодовых импульсов различают следующие способы кодирования:

1. униполярный, когда для одного из логических значений используется импульс одной полярности, а другие значение представлено нулевым уровнем;

2. полярный, при котором логические 1 и 0 представляются двумя различными полярностями напряжения;

3. биполярный, при котором фиксируются три значения (положительное, нулевое и отрицательное).

Потенциальные коды.

При кодировании без возврата к нулю состояние может измениться только на границе тактового интервала. Известно 2 вида NRZ-кодов:

1. недифференциальный, в котором уровни сигнала непосредственно отражают значение бита (рис. 3.9, а);

2. дифференциальный, в котором состояние меняется в начале битового интервала для 1 и не меняется для 0 (рис. 3.9, б).

К достоинству метода NRZ следует отнести простоту реализации и достаточно чёткую распознаваемость логических 0 и 1. Однако метод не обладает способностью самосинхронизации и требует гальванической развязки передатчика и приёмника с линией связи из-за наличия постоянной составляющей напряжения в спектре передаваемого сигнала.

Модификацией рассмотренных кодов является NRZ-код с инверсией при единице, в котором состояние изменяется на противоположное в начале битового интервала при передаче логического 0 и остаётся неизменным при передаче 1 (рис. 3.9, в). Возможна обратная кодировка.

Биполярный код с альтернативной инверсией - это трехуровневый код (рис. 3.9, г), в котором нулевое напряжение используется для кодирования логического нуля, а двумя уровнями напряжения (положительным и отрицательным) кодируется логическая единица, причём напряжение каждой последующей единицы имеет противоположный знак по сравнению с предыдущей.

Компрессия и декомпрессия данных.

Общие сведения.

Количество или объём передаваемых цифровых сообщений (данных) выражается следующим соотношением: V=vT, где V - скорость передачи (Кб/с); T - время передачи (сек).

Как следует из этого соотношения, уменьшение объёма V позволяет при заданной скорости v сократить время передачи T, а при заданном времени передачи Т увеличить скорость v передаваемых сообщений. В связи с этим при транспортировке данных по сетям часто поступают следующим образом. На передающем узле выполняют компрессию (сжатие) данных, уменьшающая их объём до некоторого значения Vmin чтобы передать данные по сети с большей скоростью. Поскольку уменьшение объёма сопровождается потерей информации, на приёмном узле выполняется обратная операция по восстановлению исходной информации, называется декомпрессией данных.

В сетях используют следующие виды сжатия данных:

1. статическое, когда данные сначала компрессируются программным способом, например, с помощью популярных архиваторов типа WinRAR или WinZIP, а затем отсылаются в сеть;

2. динамическое, реализуемая программно-аппаратными средствами в процессе передачи информации;

3.

Показать полностью…
159 Кб, 26 ноября 2013 в 7:43 - Россия, Москва, ИССО, 2013 г., doc
Рекомендуемые документы в приложении