Поршкевич_Реализация информ.технологий. Реализация информационных технологий в системах управления
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
1. Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает вирту- альную линию связи для передачи данных между узлами сети. На этом уровне выполняется преобразование данных, поступающих от следующего, более высокого уровня (уровень управления передачей данных), в сигналы, передающиеся по кабелю. Характерные скорости передачи здесь определяются линиями связи и для телефонных линий обычно составляют 2400 – 28800 бит/с. В локальных сетях для преоб- разования данных применяются сетевые адаптеры, обеспечивающие скоростную передачу данных в цифровой форме. Скорость передачи данных может достигать десятков и сотен мегабит в секунду. 2. Уровень управления линией передачи данных (Data Link) обеспечивает виртуальную линию связи более высокого уровня, спо- собную безошибочно передавать данные в асинхронном режиме. Дан- ные обычно передаются блоками, содержащими дополнительную управляющую информацию. Такие блоки называют кадрами. При возникновении ошибок автоматически выполняется повторная посыл- ка кадра. На уровне управления линией передачи данных обычно обеспечивается правильная последовательность передаваемых и при- нимаемых кадров. Это означает, что если один компьютер передает другому несколько блоков данных, то принимающий компьютер по- лучит эти блоки данных в той последовательности, в какой они были переданы. 3. Сетевой уровень (Network Layer) предполагает, что с каж- дым узлом сети связан некий процесс. Процессы, работающие на уз- лах сети, взаимодействуют друг с другом и обеспечивают выбор мар- шрута передачи данных в сети (маршрутизацию), а также управление 69 потоком данных в сети. В частности, на этом уровне должна выпол- няться буферизация данных. 4. Транспортный уровень (Transport Layer) может выполнять разделение передаваемых сообщений на пакеты на передающем конце и сборку на приемном конце. На этом уровне может выполняться со- гласование сетевых уровней различных несовместимых между собой сетей через специальные шлюзы. Например, такое согласование по- требуется для объединения локальных сетей в глобальные сети. 5. Сеансовый уровень (Session Layer) обеспечивает интерфейс с транспортным уровнем. На этом уровне выполняется управление взаимодействием между рабочими станциями, которые участвуют в сеансе связи. В частности, на этом уровне выполняется управление доступом на основе прав доступа. 6. Уровень представления (Presentation Layer) описывает шиф- рование данных, их сжатие и кодовое преобразование. Если в состав сети входят рабочие станции с разным внутренним представлением данных (ASCII для IBM PC и EBCDIC для IBM-370), необходимо вы- полнить преобразование данных. 7. Уровень приложений (Application Layer) отвечает за под- держку прикладного программного обеспечения конечного пользова- теля компьютерной сети. 1.5.6. Базовые технологии компьютерных сетей. Методы доступа Важнейшей характеристикой компьютерной сети является ее архитектура. Архитектура сети – это реализованная структура сети передачи данных, определяющая ее топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рас- сматриваются вопросы кодирования информации, ее адресации и пе- редачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик. В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют про- токолами передачи данных. Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electron- ics Engineers – IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях. Это стандарты IEEE802. Для нас представ- ляют практический интерес стандарты IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5, IEEE802.11, IEEE802.16, которыми описывают методы доступа к сетевым каналам данных. 70 Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа Ethernet, ArcNet и Token Ring. Эти реализации осно- ваны соответственно на стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 и IEEE802.5. Для простоты мы будем использовать названия реализации методов доступа, а не названия самих стандартов, хотя между стан- дартами и конкретными реализациями имеются некоторые различия. Архитектуры или технологии локальных сетей можно разделить на два поколения. К первому поколению относятся архитектуры, обеспе- чивающие низкую и среднюю скорость передачи информации: Ethernet (10 мб/с), Token Ring (16 мб/с) и ARCnet (2,5 мб/с). Ко второ- му поколению технологий относятся современные высокоскоростные архитектуры: FDDI (100 мб/с), АТМ (155 мб/с) и модернизированные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 мб/с) и Gigabit Ethernet (1000 мб/с). Метод доступа Ethernet – этот метод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, это сети с разделяемой средой и широко- вещательной передачей. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность, поэтому сообщение, отправляемое одной рабо- чей станцией, принимается одновременно всеми остальными стан- циями, подключенными к общей шине. Но сообщение предназначено только для одной станции (оно включает в себя адрес станции назна- чения и адрес отправителя). Та станция, которой предназначено со- общение, принимает его, остальные игнорируют. Метод доступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушивани- ем несущей и разрешением конфликтов, называемых коллизиями. Пе- ред началом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Если канал свободен, станция начинает передачу. Ethernet не исключает возможности одновременной передачи сообщений дву- мя или несколькими станциями. Аппаратура автоматически распозна- ет такие конфликты. После обнаружения конфликта станции задержи- вают передачу на некоторое время. Это время небольшое и для каж- дой станции свое. После задержки передача возобновляется. Реально конфликты приводят к уменьшению быстродействия сети, если рабо- тает несколько десятков или сотен станций. Реализация Ethernet на коаксиале представляет собой шинную топологию, в реализации Ethernet на кабеле «витая пара» применяется звездообразная физическая топология, в центре которой располагается Hub. Если в качестве среды передачи в Ethernet применяется оптово- локно, то реализуется двухточечное соединение. Разновидности Ethernet обозначаются как 10Base2, 10BaseT и т. д. Технология 71 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT позволяет использовать скорости пере- дачи данных от 10 до 1000 мб/с. Стандарт определяет четыре основных типа среды передачи. • 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель); • 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель); • 10BASE-T («витая пара»); • 10BASE-F (оптоволоконный кабель). Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 мб/с. Сети Fast Ethernet со- вместимы с сетями, выполненными по стандарту Ethernet. Основная топология сети Fast Ethernet – пассивная звезда. Стандарт определяет три типа среды передачи для Fast Ethernet: • 100BASE-T4 (счетверенная «витая пара»); • 100BASE-TX (сдвоенная «витая пара»); • 100BASE-FX (оптоволоконный кабель). Gigabit Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 1000 мб/с. Стандарт сети Gigabit Ethernet включает в себя следующие типы среды передачи: • 1000BASE-SX (мультимодовый оптоволоконный кабель с дли- ной волны светового сигнала 850 нм); • 1000BASE-LX (мультимодовый и одномодовый оптоволокон- ный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм); • 1000BASE-CX (экранированная «витая пара»); • 1000BASE-T (счетверенная неэкранированная «витая пара»). В связи с тем что сети совместимы, легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую сеть. Метод доступа ArcNet разработан фирмой Datapoint Corp и на- зывается сетью с разделяемой средой и широковещательной переда- чей. Один из компьютеров создает специальный маркер (сообщение специального вида), который последовательно передается от одного компьютера к другому. Если станция желает передать сообщение дру- гой станции, она должна дождаться маркера и добавить к нему сооб- щение, дополненное адресами отправителя и назначения. Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет «отцеплено» от мар- кера и передано станции. Физическая топология – комбинация шины и звезды. Традици- онная скорость передачи 2,5 мб/с, максимальное количество абонен- тов – 255, максимальная длина сети – 6000 м, среда передачи – коак- сиальный кабель, «витая пара», максимальная длина кабеля от або- нента до пассивного концентратора – 30 м. 72 Метод доступа Token-Ring был разработан фирмой IBM. Этот метод напоминает ArcNet, так как тоже использует маркер, переда- ваемый от одной станции к другой. Метод доступа Token-Ring позво- ляет назначать разные приоритеты разным рабочим станциям, вслед- ствие чего ограничивается время ожидания обслуживания узла. Скорость передачи данных от 4 и 16 мб/с. Среда передачи – эк- ранированная и неэкранированная «витая пара», топология – кольцо. При этом методе доступа возможно подключение до 260 (скорость 4 мб/с) и 72 рабочих станций (скорость 16 мб/с) соответственно. Ко второму поколению технологий относятся высокоскорост- ные архитектуры: FDDI (100 Мбит/с), АТМ (2.5 Гбит/с) и модернизи- рованные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Усовершен- ствованные варианты архитектур первого поколения рассчитаны как на применение кабелей с медными жилами, так и на волоконно- оптические линии передачи данных. Новые технологии (FDDI и ATM) ориентированы на применение волоконно-оптических линий передачи данных и могут использоваться для одновременной передачи инфор- мации различных типов (видеоизображения, голоса и данных). FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – сетевая архитектура вы- сокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Ско- рость передачи – 100 Мбит/с. Топология FDDI – двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсе- тей). Максимальное количество станций в сети – 1000, максимальная протяженность кольца 20 км, максимальное расстояние между двумя абонентами сети – 2км, среда передачи – оптоволокно. ATM (Asynchronous Transfer Mode) – эта архитектура обеспе- чивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Имеет скорости передачи 25, 155, 622 и 2400 мб/c. Первые две разновидности могут работать по двум витым парам 5-ой категории. Аппаратура на 155, 622 и 2400 мб/c использует в качестве среды передачи волоконно-оптический кабель, скорость передачи до 2,5 гб/с. IEE802.11 и IEE802.16 – сетевые стандарты беспроводной пе- редачи информации Wi-Fi и WiMAX (см. п. 1.5.9.). 1.5.7. Протоколы передачи данных в компьютерных сетях Сетевая технология – это минимальный набор стандартных про- токолов и реализующих их программно-аппаратных средств, доста- точный для построения вычислительной сети. 73 Для преодоления несовместимости интерфейсов отдельных компьютеров выработаны специальные стандарты, называемые про- токолами передачи коммуникации. Протокол коммуникации – это со- гласованный набор конкретных правил обмена информацией между разными устройствами передачи данных. Имеются протоколы для скорости передачи, форматов данных, контроля ошибок и т. д. Для работы с сетью необходимо наличие специального сетевого про- граммного обеспечения, которое обеспечивает передачу данных в со- ответствии с заданным протоколом. Протоколы коммуникации пред- писывают разбить весь объем передаваемых данных на пакеты – от- дельные блоки фиксированного размера. Пакеты нумеруются, чтобы затем их можно было собрать в правильной последовательности. К данным, содержащимся в пакете, добавляется дополнительная ин- формация примерно такого формата: IP-адрес получателя IP-адрес отправи- теля Управляю- щая инфор- мация Дан- ные № поряд- ковый пакета Поле контрольной суммы Контрольная сумма данных пакета содержит информацию, не- обходимую для контроля ошибок. Первый раз она вычисляется пере- дающим компьютером. После того как пакет будет передан, кон- трольная сумма повторно вычисляется принимающим компьютером. Если значения не совпадают, это означает, что данные пакета были повреждены при передаче. Этот запрос отбрасывается, и автоматиче- ски направляется запрос на повторную передачу пакета. При установ- лении связи устройства обмениваются сигналами для согласования коммуникационных каналов и протоколов. Этот процесс называется подтверждением установления связи. Ниже приведен перечень прото- колов, обеспечивающих передачу данных в сети. Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange – протокол межсе- тевой передачи пакетов) является базовым в Novell NetWare, опре- деляет формат передаваемых по сети пакетов и интерфейс с сете- вым программным обеспечением (соответствует транспортному уровню OSI). На уровне протокола IPX рабочие станции могут об- мениваться блоками данных, причем такой обмен выполняется без подтверждения. Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange – протокол последо- вательного обмена пакетами) предполагает, что перед началом обмена данными рабочие станции устанавливают между собой связь. На уровне протокола SPX гарантируется доставка передаваемых по сети пакетов. При необходимости выполняются повторные передачи паке- 74 тов. Протокол SPX в Novell NetWare выполнен на основе протокола IPX и является протоколом более высокого уровня (соответствует се- тевому уровню OSI). Протокол NETBIOS(Network Basic Input/Output System) – сете- вая базовая система ввода/вывода) разработан фирмой IBM и предна- значен для передачи данных между рабочими станциями. Этот прото- кол является протоколом более высокого уровня по сравнению с IPX и SPX (выполняет функции сетевого уровня, транспортного уровня и сеансового уровня OSI). Сетевая операционная система Microsoft Windows for Workgroups (Microsoft Windows Network) в качестве базового прото- кола передачи данных использует протокол передачи данных NETBEUI, хотя способна работать и с протоколами TCP/IP, IPX/SPX и др. Протокол NETBEUI – это расширенный интерфейс пользователя NETBIOS. Протокол IPX/SPX.Чтобы объединить пользователей Microsoft Windows for Workgroups, pacпoложенных в разных, разделенных мос- тами сегментах сети, требуется использование протокола IPX/SPX (точное название нужного протокола – IPX/SPX Compatible Transport with NetBIOS). В основном в Internet используется семейство сетевых протоко- лов (стек) TCP/IP. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) раз- бивает передаваемую информацию на порции и нумерует все порции. С помощью протокола IP (Internet Protocol) все части передаются по- лучателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. К основным прикладным протоколам относятся: TELNET – это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Internet как на своем собственном, то есть запускать программы, менять ре- жим работы и т. д. На практике возможности лимитируются тем уров- нем доступа, который задан администратором удаленной машины. FTP (File Transfer Protocol) – это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP да- ет возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web- страниц с одного компьютера на другой. 75 POP (Post Office Protocol) – это стандартный протокол почтово- го соединения. DTN – протокол дальней космической связи, предназначенный для обеспечения сверхдальней космической связи. 1.5.8. Глобальная сеть. Адресация в глобальной сети Глобальная сеть объединяет различные сегменты сети на миро- вом уровне. Адресация в Internet необходима для размещения и поис- ка информационного ресурса. Цифровые адреса в Internet состоят из четырех чисел, каждое из которых не превышает двухсот пятидесяти шести. При записи числа отделяются точками, например: 195.63.77.21. Такой способ нумерации позволяет иметь в сети более четырех мил- лиардов компьютеров. Для отдельного компьютера или локальной се- ти, которые впервые подключаются к сети Internet, специальная орга- низация, занимающаяся администрированием доменных имен, при- сваивает IP – номера. Первоначально в сети Internet применялись IP- номера, но когда количество компьютеров в сети стало больше чем 1000, то был принят метод связи имен и IP-номеров, который называ- ется сервер имени домена (Domain Name Server, DNS). В Internet при- меняется так называемая доменная система имен. Каждый уровень в такой системе называется доменом. Типичное имя домена состоит из нескольких частей, расположенных в определенном порядке и разде- ленных точками. Домены отделяются друг от друга точками, напри- мер: www.msun.ru. В Internet доменная система имен использует принцип последовательных уточнений, так же как и в обычных поч- товых адресах – страна, город, улица и дом. Домен верхнего уровня располагается в имени правее, а домен нижнего уровня – левее. В на- шем примере домен ru указывает на то, что речь идет о принадлежно- сти сайта к российской части Internet. Следующий уровень определяет организацию, которой принадлежит данный адрес. В нашем случае это msun. Internet-адрес этой компании – msun.ru. Это имя в пределах домена верхнего уровня должно быть уникальным. Доменная система образования адресов гарантирует, что во всем Internet больше не най- дется другого компьютера с таким же адресом. В системе адресов Internet приняты домены, представленные географическими региона- ми. Они имеют имя, состоящее из двух букв: • Россия – ru; • Украина – ua; • Франция – fr; • Канада – ca; 76 • США – us. Существуют и домены, разделенные по тематическим призна- кам, например: • учебные заведения – edu; • правительственные учреждения – go;. • коммерческие организации – com. При работе в Internet используются не доменные имена, а уни- версальные указатели ресурсов, называемые URL (Universal Resource Locator). URL – это адрес любого ресурса в Internet, он указывает, с помощью какого протокола следует к нему обращаться, какую про- грамму следует запустить на сервере и к какому конкретному файлу следует обратиться на сервере. Общий вид URL: протокол://хост- компьютер/имя файла. Регистрация домена осуществляется в выбран- ной пользователем зоне ua, ru, com, net, info и так далее. В зависимо- сти от назначения сайта выбирается его зона регистрации. 1.5.9. Способы подключения к глобальной сети. Беспроводные сетевые технологии Известны следующие методы передачи сообщений в глобаль- ных сетях. Коммутация каналов в глобальных сетях – процесс, который по запросу соединяет две или более станции и обеспечивает монопольное использование канала передачи данных, пока не произойдет разъеди- нение. Коммутация сообщений в глобальных сетях – процесс пересыл- ки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направ- ления и дальнейшую передачу сообщений без нарушения их целост- ности. Сообщения передаются между транзитными коммутаторами (шлюзами и маршрутизаторами) сети с временной буферизацией их на дисках коммутатора. Сообщениями называются данные, объединен- ные смысловым содержанием и имеющие определенную структуру. Коммутация пакетов в глобальных сетях – это коммутация со- общений, представляемых в виде адресуемых пакетов. Коммутаторы сети (шлюзы и маршрутизаторы) принимают пакеты от конечных уз- лов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге – станции назначения. Пакетная коммутация подра- зумевает обмен небольшими пакетами (часть сообщения) фиксиро- ванной структуры, которые не дают возможности образования очере- дей в узлах коммутации. Достоинства – быстрое соединение, надеж- ность, эффективность использования сети. 77 Чтобы подключиться к глобальной сети, необходим модем или сетевая карта (могут быть внутренними, внешними, встроенными), а также договор с провайдером, предоставляющим услуги глобальной сети Internet. Существуют следующие способы подключения к Internet. 1. Dial-up – это способ подключения к Internet посредством мо- дема и коммутируемой линии городской телефонной сети. Скорость передачи данных до 56 кб/с, зависит от качества абонентских теле- фонных линий. 2. DSL (Digital Subscriber Line) – семейство цифровых абонент- ских линий, предназначенных для организации доступа по аналоговой телефонной сети, используя кабельный модем. Эта технология (ADSL, VDSL, HDSL, ISDL, SDSL, SHDSL, RADSL – под общим названием xDSL) обеспечивает высокоскоростное соединение до 50 кб/с. Основ- ным преимуществом технологий xDSL является возможность значи- тельно увеличить скорость передачи данных по телефонным проводам без модернизации абонентской телефонной линии. Пользователь по- лучает доступ в сеть Internet с сохранением обычной работы телефон- ной связи. Рассмотрим технологию ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это модемная технология, превращающая стандарт- ные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоско- ростного доступа. Ключевые преимущества ADSL: • постоянный доступ; • свободный телефон; • высокая скорость передачи данных (от 8 до 24 мб/с по входя- щему и до 800 кб/с по исходящему каналам); • простота подключения. По своему качеству ADSL является альтернативой построению волоконно-оптических сетей. ADSLобеспечивает передачу данных на скоростях, достаточных для эффективной работы с различными дан- ными, в том числе цифровыми, видео и мультимедиа. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются специальные уст- ройства (сплиттеры) – один на АТС и один у абонента. К абонентско- му сплиттеру подключаются обычный телефон и ADSL-модем, кото- рый в зависимости от исполнения может выполнять функции маршру- тизатора (router) или моста (bridge) между локальной сетью абонента и пограничным маршрутизатором провайдера. Аппаратура ADSL пе- редает данные приблизительно в 200 раз быстрее, чем обычные анало- говые модемы. По сравнению с системами спутникового и беспровод- ного доступа технология ADSL дает более высокое качество соедине- 78 ния, близкое к качеству волоконно-оптических линий. При этом стои- мость услуг гораздо ниже, чем спутниковый беспроводной доступ. Там, где прокладка кабелей затруднена, нецелесообразна или невозможна, используются беспроводные сети. В этих случаях сеть реализуется при помощи сетевых радиоадаптеров, использующих в качестве передающей среды радиоволны. Для связи беспроводной и кабельной частей сети используется специальное устройство, назы- ваемое точкой входа (или радиомостом). Можно использовать обыч- ный компьютер, в котором два сетевых адаптера – беспроводной и ка- бельный. Если в сеть необходимо объединить несколько сегментов, то используется топология «звезда». При этом в центральном узле уста- навливается всенаправленная антенна, а в удаленных узлах – направ- ленные антенны. 3. Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity – беспроводная точность) – стан- дарт на оборудование Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе стандартов IEEE 802.11 для коммуникации в беспро- водной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ггц. Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что уменьшает стоимость развёртывания или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, могут обслуживаться беспроводными сетями. По- зволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам. Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке, а устройст- ва разных производителей могут взаимодействовать на базовом уров- не сервисов. Преимущества беспроводной сети Wi-Fi: • развертывание сети без прокладки кабеля; • простота добавления нового устройства; • возможность перемещения по зоне покрытия Wi-Fi сети, если устройство портативно; • возможность работы оборудования в разных странах по всему миру. Недостатки Wi-Fi: • имеют ограниченный радиус действия; • скорость кабельного соединения выше,чем скорости Wi-Fi со- единения; • малая пригодность для работы приложений, использующих ме- диапотоки в реальном времени; • использование популярного, но устаревшего стандарта шифро- вания WEP, который может быть относительно легко взломан; • высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии; 79 • неполная совместимость между устройствами разных произво- дителей или неполное соответствие стандарту может привести к ограничению возможностей соединения, уменьшению скорости; • чувствительность к помехам (электромагнитные излучения, осадки); • частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различ- ных странах неодинаковы. В табл. 6 в хронологическом порядке приведены стандарты IEE802.11 с характеристикой частотного диапазона, скорости переда- чи информации. Таблица 6 Стандарт 802.11 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n Дата сертификации 1997 1999 1999 2003 2009 Частотный диапазон (ггц) 2,4; 3,5; 5 5,1-5,5 2,4 2,4-2,5; 5,0 2,4-2,5; 5,0 Скорость передачи по каналу (мб/с) 2 54 11 54 480 Устройства 802.11n могут работать в трёх режимах: • наследуемом (Legacy), с поддержкой устройств 802.11b/g/a; • смешанном (Mixed), с поддержкой устройств 802.11b/g/a/n; • чистом – 802.11n (можно воспользоваться преимуществами по- вышенной скорости и увеличенной дальностью передачи дан- ных, которые обеспечивает стандарт 802.11n). Стандарт IEEE 802.11 обеспечивает необходимые условия безо- пасности на уровне канала: • контроль за доступом к беспроводной сети; • механизм шифрования данных WEP (Wireless Equivalent Pri- vacy); • WEP-обеспечение защиты пакетов данных, но не их заголовков (длина ключа 64 или 128 бит); • присвоение точке уникального идентификатора ESSID; • возможность хранения точкой списка доступа клиентов, кото- рым можно подключиться к данной точке. Вышеперечисленные методы не являются серьезной защитой от профессионала. В России использование Wi-Fi без разрешения на использование частот от государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) воз- можно для организации сети внутри зданий, закрытых складских по- мещений и производственных территорий. Для легального использо- вания внеофисной беспроводной сети Wi-Fi (например, радиоканала 80 между двумя соседними домами) необходимо получение разрешения на использование частот. Действует упрощённый порядок выдачи разрешений на использование радиочастот в полосе 2400—2483,5 мгц (стандарты 802.11b и 802.11g), для получения такого разрешения не требуется частное разрешение ГКРЧ. Для использования радиочастот в других диапазонах, в частности 5 ГГц (стандарт 802.11a), необходи- мо предварительно получить частное разрешение ГКРЧ. 4. WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) – телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших рас- стояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и пор- тативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стан- дарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN. Название WiMAX было создано в 2001 г. организацией WiMAX Forum. WiMAX – это технология, предоставляющая высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL. Версии WiMAX существенно отличаются друг от друга. Хотя ряд базовых требований совпадает, нацеленность технологий на раз- ные рыночные ниши привела к созданию двух отдельных версий стандарта (вернее, их можно считать двумя разными стандартами) IEEE 802.16d и IEEE 802.16e. Основное различие состоит в том, что фиксированный WiMAX IEEE 802.16d работает в диапазоне 3,5 5 ггц и позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а Mobile WiMAX (IEEE 802.16e) рабо- тает в частотных диапазонах: 2,3-2,5; 2,5-2,7; 3,4-3,8 ггц. Mobile Wi- MAX ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). В частном случае мобильный WiMAX может применяться и для обслу- живания фиксированных пользователей. Технологии семейства 802.16 позволяют экономически более эффективно предоставлять доступ в сеть новым клиентам, а также расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные терри- тории. WiMAX и Wi-Fi-сети просты в развёртывании и легко масшта- бируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходи- мо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. В сумме все эти преимущества позволяют снизить цены на предоставление услуг вы- сокоскоростного доступа в Internet как для бизнес-структур, так и для частных лиц. 81 С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент дела- ется на разработке мобильных устройств и компьютерной периферии (USB радиомодулей и PC-card). Сопоставления технологий WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость, но эти технологии направлены на решение совершенно различных задач. WiMAX – это система дальнего дейст- вия, покрывающая километры пространства, которая обычно исполь- зует лицензированные спектры частот. WiMax предоставляет пользо- вателю выход в Internet, используя соединения типа «точка-точка» провайдера с конечным пользователем. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа – от мобильного до фикси- рованного. Wi-Fi – это система более короткого действия, обычно по- крывающая сотни метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi ис- пользуется пользователями для доступа к их собственной локальной сети. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон. WiMAX и Wi- Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). Wi- MAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соеди- нение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения. 5. RadioEthernet – технология широкополосного доступа к Internet, обеспечивает скорость передачи данных от 1 до 11 мб/с, ко- торая делится между всеми активными пользователями. Для работы RadioEthernet-канала необходима прямая видимость между антеннами абонентских точек. Радиус действия до 30 км. 6. MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) – система способна обслуживать территорию в радиусе 50-60 км, при этом пря- мая видимость передатчика оператора не обязательна. Средняя ско- рость передачи данных составляет от 500 кб/с до 1 мб/с. 7. LMDS (Local Multipoint Distribution System) – это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксирован- ных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базо- вая станция охватывает район радиусом до 10 км и позволяет подклю- чить несколько тысяч абонентов. Сами базовые станции объединяют- ся друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами (RadioEthernet). Скорость передачи данных до 45 мб/c. 82 8. Мобильный GPRS-Internet. Для пользования услугой «Мо- бильный Интернет» при помощи технологии GPRS необходимо иметь телефон со встроенным GPRS-модемом, который связан с персональ- ным компьютером посредством дата-кабеля, IrDA или Bluetooth. Тех- нология GPRS обеспечивает скорость передачи данных до 114 Кбит/с. Технология GPRS – это усовершенствование базовой сети GSM или протокол пакетной коммутации для сетей стандарта GSM. 9. EDGE является продолжением развития сетей GSM/GPRS. Технология EDGE – улучшенный GPRS или EGPRS, обеспечивает бо- лее высокую скорость передачи данных по сравнению с GPRS (ско- рость до 200 кб/сек). Для выхода в Internet с помощью этих техноло- гий необходимо подключить мобильный телефон к ноутбуку или пер- сональному компьютеру любым из способов – USB, BlueTooth, IrDA (IrDA-standart – стандарт для организации передачи информации по открытому инфракрасному каналу), Wi-Fi и т. д. 10. Мобильный CDMA-Internet. Сеть стандарта CDMA – это стационарная и мобильная связь, а также скоростной мобильный Internet. Для пользования услугой «Мобильный Интернет» при помо- щи технологии CDMA необходимо иметь телефон со встроенным CDMA-модемом или CDMA-модем и компьютер. Технология CDMA обеспечивает скорость передачи данных до 153 кб/с. В настоящее время технология CDMA предоставляет услуги мобильной связи третьего поколения. Технологии мобильной связи 3G – набор услуг, который обеспечивает высокоскоростной мобильный доступ к сети Internet, мобильное телевидение и видеотелефонную связь. Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи дан- ных. Сети третьего поколения 3G работают в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 14 Мбит/с. Сети третьего поколе- ния 3G реализованы на различных технологиях, основанных на сле- дующих стандартах: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) и его европейском варианте – UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). 11. Home PNA. Для доступа в Internet применяются технологии Home PNA (HPNA). Доступ в Internet осуществляется по выделенным линиям HPNA (телефонным линиям) и комбинируется с методами доступа DSL, WiFi и др. Скорость передачи данных HPNA 1.0 состав- ляет 1 мб/с, а расстояние между удаленными узлами – 150 м. Специ- фикация HPNA 2.0 обеспечивает доступ со скоростью 10 мб/с и рас- стояние до 350 м. Технология HPNA применяется в основном для ор- ганизации домашней сети с помощью сетевых адаптеров. Подключе- ние к глобальной сети можно осуществить с помощью роутера через 83 сети общего доступа. Технология HPNA предназначена для организа- ции коллективного доступа в Internet. 12. Стандарт HomePlug 1.0 осуществляет доступ к Internet че- рез бытовую электрическую сеть, поддерживает скорость передачи до 14 мб/с. Максимальная протяжённость между узлами до 300 м. Ком- пания Renesas, выпустила модем в виде штепсельной вилки для пере- дачи данных по электрическим сетям. 1.5.10. Спутниковые системы связи на морском транспорте Спутниковая связь широко используется для связи морских су- дов с наземными станциями, для определения местоположения мор- ских объектов и т. д. Это один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансля- торов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и мобильными, и являет- ся развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч километров). Так как зона покрытия в этом случае – почти половина земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы (рис. 13), подразделяют на три класса: экваториальные (1), наклонные (2), по- лярные (3). Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостацонарная орбита, на которой спутник вращается с угловой ско- ростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли, т. е. спутник постоянно находится над одной точкой. Многократное использование радиочастот. Радиочастоты яв- ляются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами. 1. Пространственное разделение –каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты. 2. Поляризационное разделение – различные антенны принима- ют и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостях по- ляризации,при этом одни те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей). Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на гео- стационарной орбите, включает следующие компоненты. 84 • альный луч производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с други- ми лучами этого спутника. • Лучи западной и восточной полусфер поляризованы в плоско- сти, называемой плоскостью A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот. • Зонные лучи поляризованы в плоскости B, перпендикулярной A, и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким об- разом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также и полусфериглобальный луч. • Все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно – в западной и восточной по- лусферах и в каждой из зон. Рис. 13. Орбиты спутников Геостационарная орбита (ГСО) – 00 широты (экватор); находится на высоте 35786 км над уровнем моря. Частоты, используемые в спут- никовой связи (СС), разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами (табл. 7). Таблица 7 Название диапазона Используемые частоты Применение L 1,5 ГГц Подвижная СС S 2,5 ГГц Подвижная СС С 4 ГГц, 6 ГГц Фиксированая СС Х 8-12 ГГц Фиксированая СС для военных целей Ku 11, 12, 14 ГГц Спутниковое вещание К 20 ГГц Подвижная СС Ka 30 ГГц Подвижная СС 85 Множественный доступ. Для обеспечения возможности одно- временного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа. • Множественный доступ с частотным разделением – предоставляется отдельный диапазон частот. • Множественный доступ с временным разделением – предоставляется определенный временной интервал (таймслот). • Множественный доступ с кодовым разделением – пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Передаваемые сиг- налы различных пользователей не мешают друг другу, хотя пе- редаются на одних и тех же частотах. • DAMA (Demand Assigned Multiple Access) – множественный доступ с предоставлением каналов по требованию. Применение спутниковой связи: 1) магистральная спутниковая связь; 2) системы VSAT; 3) системы подвижной спутниковой связи; 4) спутниковый Internet. Спутниковая связи используется в ГМССБ, глобальная морская система связи при бедствии для обеспечения безопасности (Global Maritime Distress & Safety System, GMDSS), являет собой комплекс обязательных технических мер, инфраструктуры и правил оказания помощи в аварийных ситуациях в мировом океане и обеспечению безопасности судоходства. В основе создания ГМССБ лежит конвен- ция СОЛАС. Районы ГМССБ. 1. А1 – морской район ГМССБ в пределах действия по крайней мере одной береговой УКВ-радиостанции, обеспечивающей постоян- ное наблюдение в режиме ЦИВ (цифровой избирательный вызов) на канале 70 и связь по УКВ-радиотелефону на 16-м канале. 2. А2 – морской район ГМССБ, за исключением района А1, в пределах действия по крайней мере одной береговой ПВ- радиостанции, обеспечивающей постоянное наблюдение в режиме ЦИВ на частоте 2187,5 кгц и связь по радиотелефону на частоте 2182 кгц (приблизительно 150–200 морских миль от береговой радиостанции). 3. А3 – морской район ГМССБ, кроме районов А1, А2 в преде- лах действия системы ИНМАРСАТ, то есть между 70°n и 70°s. 4. А4 – оставшаяся часть Мирового океана (приполярные шап- ки), за исключением районов А1, А2 и А3. 86 На основе современных систем связи обеспечивается радиосвязь с морскими судами в случае бедствия, обеспечения безопасности мо- реплавания, а также в служебных целях. Состав обязательного судо- вого радиооборудования должен отвечать морскому району ГМССБ. ГМССБ состоит из следующих компонентов: морская подвижная служба (МПС), морская подвижная спутниковая служба КОСПАС- САРСАТ, в которые входят: 1. ИНМАРСАТ на основе геостационарных спутников на высокой орбите; 2. КОСПАС-САРСАТ на основе низкоорбитальных спутников Земли; 3. аварийные радиобуи спутникового позиционирования (АРБ/EPIRB); 4. спасательные координационные центры; 5. наземные системы связи ЦИВ, радиотелефония в УКВ и КВ диапазонах; 6. система автоматической передачи навигационных предупреж- дений NAVTEX; 7. аварийный радарный транспондер SART. Составной частью ГМССБ является система ИНМАРСАТ – Международная спутниковая система морской связи, была основана в 1979 г. для обслуживания морского сообщества и предоставления ус- луг глобальной мобильной спутниковой связи. Инмарсат включает в себя три составляющие. 1. Космический сегмент, с 1998 года состоящий из 5 спутников- ретрансляторов 3-го поколения, находящихся на геостационарных ор- битах над экватором на высоте 35000 км, имеющих точные географи- ческие координаты относительно Земли. 2. Береговые земные станции (БЗС или Land Earth Stations – LES) – шлюзы в наземные сети. Кроме этого, в каждом океанском районе расположены станции сетевой координации (Network Coordi- nation Stations – NCS), которые обеспечивают выделение свободных каналов судовым и береговым земным станциям. 3. Подвижные и неподвижные станции спутниковой связи поль- зователей. ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система связи (российская спутниковая система навигации). Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклонением 64,8° и высотой 19100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе GPS (NAVSTAR). Мониторинг подвижных объектов осуществляется с по- 87 мощью спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Ин- формация от этих систем эффективно и надежно используется судами при плавании во всех районах Мирового океана. Используется диф- ференциальный режим работы этих систем, который реализуется по- средством развертывания сети контрольно-корректирующих станций (ККС). В зоне действия станций (в радиусе 300 км от места установки) обеспечивается точность 1–5 м (с вероятностью 95 %). Ввод в экс- плуатацию ККС в России позволяет использовать в системах контроля и управления судоходством современные навигационно- информационные технологии, обеспечить высокоточную навигацию на подходах к российским портам. В настоящее время приемниками системы ГЛОНАСС оборудо- ваны все базовые станции автоматических идентификационных сис- тем, установленные в действующих морских береговых системах управления движением судов. Оборудованием системы ГЛОНАСС оснащено 1670 морских судов, состоящих на учете Российского мор- ского регистра судоходства. Контрольные вопросы к первой главе 1. Какова роль информационных технологий в решении задач управления? 2. Дайте анализ терминологического аппарата информационных систем. 3. Перечислите состав и дайте классификация автоматизирован- ных информационных систем. 4. Каковы принципы построения информационных систем КИС? 5. Что такое функциональные подсистемы КИС? Приведите при- меры функциональных подсистем КИС. 6. Состав и назначение информационной обеспечивающей подсис- темы КИС. 7. Метод обследования информационных потоков предприятия. В чем преимущества и недостатки каждого (графический, графоа- налитический, матричный, транспортный). 8. Дать сравнительную характеристику методов исследования ин- формационных потоков. 9. Системы управления базами данных в КИС. 88 10. Привести примеры баз данных в информационном обеспечении предприятий морского транспорта. 11. Состав и назначение программно-математической обеспечи- вающей подсистемы КИС. 12. Назначение организационной обеспечивающей подсистемы КИС. 13. Техническое обеспечение КИС, состав, общая характеристика. 14. Устройство персонального компьютера. Базовая аппаратная конфигурация. 15. Компьютерные сети, определение, классификация, состав. 16. Топологии соединения компьютеров в сети. 17. Сетевое оборудование компьютерных сетей. 18. Назначение семиуровневой сетевой архитектуры. 19. Базовые технологии компьютерных сетей. Методы доступа. 20. Протоколы передачи данных в компьютерных сетях. 21. Глобальная сеть. Адресация в глобальной сети. Применение технологий Internet в управлении предприятия. 22. Способы подключения к глобальной сети. 23. Применение беспроводных сетевых технологий (Wi-Fi, WiMAX). Спутниковые системы связи на морском транспорте. 24. Применение спутниковой связи в ГМССБ. 25. ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система связи на морском транспорте. |