Реферат. реферат по информатик. Коммуникационная среда и передача данных

• Название: Коммуникационная среда и передача данных
• Анкор: Реферат
• Дата: 15.03.2020
• Размер: 322.27 Kb.
• Имя файла: реферат по информатик.docx
• Тип: Документы; #112054
• страница: 3 из 10

Классификация вычислительных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

• 
  глобальные (WAN – Wide Area Network);
  
• 
  региональные (MAN – Metropolitan Area Network);
  
• 
  локальные (LAN – Local Area Network).
  

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, которые находятся на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки и сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 – 2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам. На рис. 5 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей. Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети – объединяться в составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.

Пример 4. Компьютерная сеть Internet является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество свободно соединенных сетей. Внутри каждой сети, входящей в Internet, существует конкретная структура связи, поддерживается определенная дисциплина управления. Внутри Internet структура и методы соединений между раз­личными сетями для конкретного пользователя не имеют никакого значения.

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий.

Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не отдельные автономные ПК, а локальные вычислительные сети.

4. Характеристика процесса передачи данных

1. Режимы передачи данных

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.

Передатчик – устройство, являющееся источником данных.

Приемник – устройство, принимающее данные. Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.
ИЕРАРХИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ


Рис. 5
Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение

Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений. Для этого в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Особняком в этом отношении стоят ЛВС, где в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Режим передачи. Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим – передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи является система, в которой ин­формация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычисли­тельных сетях симплексная передача практически не используется,

Полудуплексный режим – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Яркий пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в центр информацию, а затем принимающий инструкции из центра.

Дуплексный режим – одновременные передача и прием сообщений. Это – наиболее скоростной режим работы. Он позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима – телефонный разговор (рис. 6).
СИМПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ



ПОЛУДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ



ДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ


Рис. 6

2. Коды передачи данных

Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Они стандартизованы и определены рекомендациями ISO (International Organization for Standardization) – Международной организации по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ).

Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код KOI-7, принятый для обмена информацией практически во всем мире. KOI-7 позволяет кодировать 128-символьные таблицы, т. е. фактически кодирует только англоязычные и числовые данные. Для кодирования символов национальных алфавитов применяют модификацию кода KOI-7, которую называют KOI-8. Это восьмибитная кодовая таблица, кодирующая 2⁸=256 символов английского и национальных алфавитов, а также числовые данные. Для русского языка применяют таблицу KOI-8R, украинского – KOI-8U и т.д. Кроме того, в последние годы широкое развитие получила также передача данных в кодовых таблицах ASCII, Win-1251, Unicode.

Следует обратить внимание еще на один способ связи между ЭВМ, когда ЭВМ объединены в комплекс с помощью интерфейсного кабеля и с помощью двухпроводной линии связи.

Примечание. Интерфейсный кабель – это набор проводов, по которым передаются сигналы от одного устройства компьютера к другому. Чтобы обеспечить быстродействие, для каждого сигнала выделен отдельный провод. Сигналы передаются в определенной последовательности и в определенных комбинациях.

Для передачи кодовой комбинации используются столько линий, сколько битов эта комбинация содержит. Каждый бит передается по отдельному проводу. Это параллельная передача или передача параллельным кодом. Предпочтение такой передаче отдается при организации локальных МВК, для внутренних связей ЭВМ и при небольших расстояниях между абонентами сети. Передача параллельным кодом обеспечивает высокое быстродействие, но требует повышенных затрат на создание физической передающей среды и обладает плохой помехозащищенностью. В вычислительных сетях передача параллельными кодами не используется.

Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации последовательным кодом. Она, естественно, медленнее, так как требует преобразования данных в параллельный код для дальнейшей обработки в ЭВМ, но экономически более выгодна для передачи сообщений на большие расстояния.

3. Аппаратная реализация передачи данных

2.4.3.1. Характеристики коммуникационной сети можно использовать для оценки ее качества:

• 
  скорость передачи данных по каналу связи;
  
• 
  пропускную способность канала связи;
  
• 
  достоверность передачи информации;
  
• 
  надежность канала связи и модемов.
  

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых в единицу времени – секунду (bps – bit per second).

Примечание. Часто используется единица измерения скорости – бод, т.е. число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах.

Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации. Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300 - 57600 бит/с, а для синхронных – до 2 Мбит/с.

Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени – секунду. При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду (cps – character per second).

Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации. Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе процесса, то от достоверности информации в конечном счете может зависеть судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если относительно уровня достоверности канал связи не обеспечивает необходимых требований. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак.

Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10^-6 – 10^-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.

Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет эффективнее оценить надежность системы. Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы в часах.

Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточ­но большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов.
2.4.3.2. Протоколы компьютерной сети – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

Для организации надежного сетевого взаимодействия необходима стандартизация. Она реализована в виде особой спецификации OSI Reference Model (сетевая модель OSI). Данная модель представляет семиуровневый подход к сетевому взаимодействию (рис. 7):

1. Application layer

2. Presentation layer

3. Session layer

4. Transport layer

5. Network layer

6. Data Link layer

7. Physical layer

Рис. 7

• 
  Application layer (уровень приложений, прикладной уровень) – представляет набор интерфейсов для приложений, позволяющий получить доступ к сетевым службам. Примеры протоколов, используемых на этом уровне: HTTP – доступ к ресурсам World Wide Web; FTP – протокол передачи/приема файлов; SMTP – протокол передачи электронной почты и др.
  
• 
  Presentation layer (уровень представления) – преобразует данные в общий формат для передачи по сети.
  
• 
  Session layer (сеансовый уровень) – позволяет двум сторонам поддерживать по сети продолжительное взаимодействие, называемое сеансом.
  
• 
  Transport layer (транспортный уровень) – управляет передачей по сети. Примеры: NetBIOS/NetBEUI; SPX, TCP.
  
• 
  Network layer (сетевой уровень) – осуществляет адресацию сообщений для доставки, а также преобразует логические сетевые адреса и имена в соответствущие им физические. Примеры: IPX, IP
  
• 
  Data Link layer (канальный уровень) – посылает специальные пакеты данных с сетевого уровня на физический.
  
• 
  Physical layer (физический уровень) – осуществляет преобразование потока битов в сигналы, и наоборот.
  

В современных сетях используются так называемые семейства протоколов. Наиболее известны из них: IPX/SPX и TCP/IP.

Протоколы IPX/SPX разработаны для локальных сетей стандарта Novell Net Ware, но релизованы и для сетей стандарта Microsoft. В их основе транспортный протокол SPX и сетевой протокол IPX.

Семейство протоколов TCP/IP на основе транспортного протокола TCP и сетевого протокола IP включает в себя множество протоколов разного уровня: протокол управления сетью SNMP; протокол динамической конфигурации сети DHCP: служба имен Windows в Internet-протоколах WINS; доменная служба имен DNS; вышеупомянутые прикладные протоколы HTTP, SMTP, FTP, а также протоколы доступа к электронной почте POP3 и IMAP, к телеконференциям USENET NNTP и др.

Первоначально протоколы TCP/IP использовались только в глобальной сети Internet, но со временем стали основой для локальных сетей типа intranet. В сети этого типа используются не только те же протоколы, что и в Internet, но и такие же информационные ресурсы, а следовательно, и прикладное программное обеспечение. Пользователь intranet-сети может даже не заметить, из какой сети он получает информацию, из локальной или глобальной, так как intranet-сети, как правило, соединены с Internet.

В дальнейшем мы будем рассматривать только intranet-сети.

2.4.3.3. Аппаратные средства. Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.

Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адаптерами (NIC – NetworkInterfaceCard). Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Как правило, установка и настройка современного сетевого адаптера не вызывает затруднений,
т. к. они поддерживают стандарт Plug and Play. Поэтому процедура установки и настройки сводится лишь к установке драйвера устройства, да и то, если операционная система «не знакома» с этим типом устройств. Если же применяются устаревшие конструкции (они размещаются в слотах типа ISA), то возможны конфликты с другим оборудованием (чаще всего это звуковые карты или последовательный порт COM1 или COM2).

Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства – мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры.

Мультиплексор передачи данных – устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.

Мультиплексоры передачи данных использовались в системах телеобработки данных – первом шаге на пути к созданию вычислительных сетей. В дальнейшем при появлении сетей со сложной конфигурацией и с большим количеством абонентских систем для реализации функций сопряжения стали применяться специальные связные процессоры.

Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из ка­нала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Аналоговый сигнал представляет собой специальным образом обработанный (модулированный) сигнал несущей частоты. Такие преобразования выполняет специальное устройство – модем.

Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию несущих сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме ЭВМ из канала связи. В качестве несущего сигнала может использоваться практически любой аналоговый сигнал (телефонный, телеграфный, телевизионный и т.д.). В соответствии с типом несущего сигнала различают и типы модемов. Наиболее распространенными из них являются телефонные, но в последнее время все более широкое распространение получают DSL-модемы, позволяющие передавать информацию по кабельным сетям с высокой скоростью (это может быть и обычный телефонный кабель, кабельное телевидение и т.п.).

Наиболее дорогой компонент вычислительной сети – канал связи. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний. Для выполнения функции коммутации используются специальные устройства – концентраторы.

Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи и один путем частотного разделения в сетевой конфигурации «звезда» (см. ниже), действует на физическом уровне сетевой модели OSI. Различают три основных типа концентраторов: пассивные, активные и интеллектуальные. Пассивный концентратор представляет собой только точку разветвления сети. Активный концентратор (hub) не только разветвляет сеть, но и усиливает сигнал, а, следовательно, требует дополнительной энергии. Интеллектуальные концентраторы (switch), кроме того, осуществляют функции маршрутизации.

В ЛВС, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители.

Повторитель – устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI и обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

Существуют локальные и дистанционные повторители. Локальные повторители позволяют соединять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 50 м, а дистанционные – до 2000 м.

Маршрутизатор (router) – устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели OSI и связывающее два и более сетевых сегмента (или подсети). Маршрутизатор получает информацию о сетевом адресе пакета и сравнивает его с элементами таблицы маршрутизации. Если имеется совпадение, пакет направляется по нужному адресу. Маршрутизаторы могут выполняться в виде отдельных устройств. Но роль маршрутизатора может выполнять и специальное программное обеспечение, установленное на сервере.

Шлюз (gateway) – метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами. Другой функцией шлюза является преобразование протоколов, например, IPX/SPX в TCP/IP и наоборот. В качестве шлюзов обычно выступают компьютеры со специальным программным обеспечением.