вычислительные системы в информатике. вычислительные системы (копия). В россии в xvixvii веках появилось намного более передовое изобретение
 Скачать 0.79 Mb.
|
Структура, функции и характеристики систем телекоммуникации.Телекоммуникационная система – это совокупность аппаратно и программно совместимого оборудования, соединенного в единую систему с целью передачи данных из одного места в другое. На рисунке 7.1 показаны компоненты типичной телекоммуникационной системы. Телекоммуникационная система способна передавать текстовую, графическую, голосовую или видеоинформацию.  Рис. 7.1. Структура телекоммуникационной системы В состав типичной коммуникационной системы входят серверы, пользовательские компьютеры, каналы связи (на рисунке они обозначены красными линиями), а также активное оборудование модемы, концентраторы и пр. Основные компоненты телекоммуникационной системы: Серверы, хранящие и обрабатывающие информацию. Рабочие станции и пользовательские ПК, служащие для ввода запросов к базам данных, получения и обработки результатов запросов и выполнения других задач конечных пользователей информационных систем. Коммуникационные каналы – линии связи, по которым данные передаются между отправителем и получателем информации. Коммуникационные каналы используют различные типы среды передачи данных: телефонные линии, волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные и другие каналы связи. Активное оборудование – модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и проч. Эти устройства необходимы для передачи и приема данных. Сетевое программное обеспечение, управляющее процессом передачи и приема данных и контролирующее работу отдельных частей коммуникационной системы. Функции телекоммуникационной системы Чтобы передать информацию из одного пункта и получить ее в другом, телекоммуникационной системе нужно выполнить некоторые операции, которые главным образом скрыты от пользователей. Прежде, чем телекоммуникационная система передаст информацию, ей необходимо установить соединение между передающей (sender) и принимающей (receiver) сторонами, рассчитать оптимальный маршрут передачи данных, выполнить первичную обработку передаваемой информации (например, необходимо проверить, что ваше сообщение передается именно тому, кому вы его отослали) и преобразовать скорость передачи компьютера в скорость, поддерживаемую линией связи. Наконец, телекоммуникационная система управляет потоком передаваемой информации (трафиком). Протоколы Телекоммуникационная сеть обычно содержит разнообразные аппаратные и программные компоненты, которым необходимо работать совместно, чтобы передавать информацию. Различные компоненты сети "общаются" друг с другом, придерживаясь ряда правил, что и позволяет им работать всем вместе. Такой набор правил, регулирующий процесс передачи данных между двумя точками сети, называется протоколом (protocol). Каждое устройство в сети должно правильно "понимать" протокол другого устройства. Главные функции сетевых протоколов следующие: идентифицировать каждое устройство, участвующее в передаче данных, проверить, не нуждаются ли данные в повторной передаче, выполнить повторную передачу, если произошла ошибка. Типы сигналов. Модемы. Поток информации в телекоммуникационной системе передается в виде электронных сигналов. Сигналы бывают двух типов аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывные колебания синусоидальной формы. Аналоговые сигналы используются в основном при передаче голоса. Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, является дискретным и имеет импульсную форму. С помощью цифровых сигналов информация передается, предварительно закодированная двумя дискретными значениями сигнала: 0 и Но в большинстве коммуникационных каналах нельзя передавать цифровые данные без некоторого преобразования – все цифровые сигналы должны быть преобразованы в аналоговые, прежде чем быть переданными по каналу связи. Одним из устройств, применяющихся для преобразования сигналов, является модем (modem– MODulation/DEModulation, модуляция/демодуляция). Модемы обычно применяют для передачи данных через обычные телефонные линии . Схема работы модема приведена на рисунке 7.2. На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы, идущие от компьютера, в аналоговые, которые можно передавать по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровые, понятные принимающему компьютеру, сигналы.  Рис. 7.2 Схема работы модема Модем – это устройство, преобразующее цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в аналоговую форму. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигнала – из аналоговой формы в цифровую. По исполнению модемы бывают внешними (internal) и внутренними (external). Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, на передней панели которого расположен блок индикаторов работы устройства. На задней панели находятся два гнезда для подключения кабеля, соединяющего модем с компьютером. Модем обычно подключается к последовательному порту компьютера. Для соединения с компьютером используется кабель RS-232. Для подключения к телефонной сети используется кабель с разъемами RJ-11 Внутренний модем вставляется в свободный слот расширения как любая другая карта, например, видеоадаптер Каналы связи Каналы связи – это линии связи, по которым одно сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные виды среды передачи данных: витую пару, коаксиальный кабель, волоконную оптику, радио- и инфракрасные волны, спутниковые линии связи. Каждый из типов каналов связи имеет свои преимущества и недостатки. Обычно высокоскоростные каналы боле дороги, зато по ним можно быстро передавать большие объемы данных (что снижает значение показателя цена/бит ). Телефонные линии В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Первый тип – это каналы общедоступной коммутируемой (dial-up) телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии Они медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединения для каждого сеанса связи. Скорость передачи в обычных телефонных линиях невысока, от 14 до 56 Кбит/с. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой глобальной сети Интернет Некоторые организации практикуют установку временной связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных. Другой вид телефонных линий – арендуемые, или выделенные (dedicated)линии. От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите связаться – у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам . Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой телефонной линии. Скорость передачи в выделенных линиях несколько выше – от 64 до 512 Кбит/с. Обычно владелец выделенной линии платит за ее использование некоторую постоянную сумму. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно только для передачи данных – для других целей, например для голосовой связи, он не подходит. Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель (coaxial cable), используемый в телекоммуникационных сетях, очень похож на тот, который применяется в телевидении. Он содержит одну медную жилу в изоляции и металлической оплетке, выполняющей функцию экрана. Экран необходим для защиты от помех, что позволяет использовать этот тип кабеля на больших расстояниях, чем кабель типа витая пара. Этот вид кабеля нашел применение в локальных сетях Ethernet. Сегодня коаксиальный кабель постепенно выходит из употребления, главным образом из-за высокой стоимости и относительно небольшой скорости передачи данных (10 – 20 Мбит/с). Кабель витая пара Кабель типа витая пара (twisted pare) содержит несколько пар медных проводов. На сегодня этот тип кабеля наиболее распространен в локальных сетях. Многие новые здания строятся с заранее готовой кабельной системой, в которой используется кабель витая пара. При этом неиспользуемые для передачи цифровых данных пары проводов могут быть применены в других целях (например, для голосовой связи или сигнализации). Скорость передачи данных в сетях, где используется кабель витая пара, составляет от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. Чаще всего применяется кабель типаUTP5 (UnscrewedTwistedPare) – неэкранированная витая пара, категория 5). В тех случаях, когда необходима защита данных от помех (например, от сильных электромагнитных полей), применяют экранированную витую пару. Кабель типа витая пара применяется в локальных сетях, создаваемых на основе технологий Ethernet и Fast Ethernet. Волоконная оптика Волоконно-оптический (fiber optic) кабель содержит тысячи стекловолокон, каждая из которых тоньше человеческого волоса. Для передачи данные преобразуются не электрические сигналы, а в световые импульсы, которые передаются по оптоволокну с помощью лазерного устройства со скоростью от 500 Кбит до нескольких гигабит в секунду. С одной стороны, волоконно-оптические линии связи значительно быстрее, легче и намного прочнее, чем медные провода, поэтому волоконная оптика используется в качестве каналов связи в тех системах, где нужно быстро передавать большие массивы данных. С другой стороны, волоконно-оптический кабель требует больших затрат при прокладке, кроме того он более дорог. Его лучше всего использовать для магистральных линий (backbone), а для подключения к сети компьютеров пользователей применять витую пару. Впрочем, оптоволоконный кабель находит применение и в локальных сетях, где требуется высокая степень защиты данных от несанкционированного использования (например, в банках), так как подключиться к оптоволокну с цель перехвата данных невозможно. Беспроводные каналы Беспроводные каналы связи, использующие в качестве среды передачи радио или инфракрасные волны, не осуществляют физический контакт с передающими и принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий, витой пары и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства беспроводной передачи данных – пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы спутникового телевидения, системы микроволновой связи. К устройствам беспроводной связи также относятся пульты дистанционного управления бытовыми устройствами и другие системы инфракрасной (ИК) связи. Мы рассмотрим только те технологии, которые применяются в телекоммуникационных сетях передачи данных, а именно системы радиосвязи, спутниковой связи, а также ИК-устройства. К системам микроволновой радиосвязи (microwave systems) относятся в основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами. Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что ограничивает дальность передачи 40 – 50 километрами из-за кривизны земной поверхности. Еще один недостаток этих систем – зависимость от погодных условий. Спутниковые системы связи (satellite communication systems) лишены недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших, географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить кабельные или радиорелейные линии связи. Системы DirecPC в качестве приемных устройств используют спутниковые антенны , а передают информацию от пользователей в Интернет по обычным наземным каналам связи. Обычные спутники связи находятся на стационарных орбитах на высоте примерно 35 км над Землей. Новые низкоорбитальные спутники(low-orbit satellites) работают на орбитах, максимально приближенных к земной поверхности, что позволяет им принимать сигналы даже от маломощных передатчиков. Такие спутники потребляют меньше энергии, а их запуск и эксплуатация обходится значительно дешевле традиционных спутниковых систем связи. Использование низкоорбитальных спутников делает возможным пользоваться услугами связи, находясь в любой точке земного шара. Системы инфракрасной (ИК-) связи (infrared /IR-/ systems) используются, как правило, в небольших офисах для организации беспроводной связи между различными устройствами. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом расстоянии (1 – 8 м). Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи данных и не очень надежны. Сетевое оборудование Поток данных, передающийся через канал связи, называется сетевым трафиком (networktraffic). К сетевому оборудованию относятся устройства, обеспечивающие передачу и прием сетевого трафика, а также связь одних телекоммуникационных систем с другими. Основные устройства, входящие в данную группу – это модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, репитеры, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. С модемами вы уже знакомы, поэтому кратко рассмотрим назначение остальных устройств. Сетевой адаптер – это устройство, с помощью которого компьютер, работающий в сети, может передавать и получать данные. Существует несколько видов сетевых адаптеров, самыми распространенными из которых являются сетевые карты (networkcards). При создании крупных сетей часто приходится прокладывать кабель на большие расстояния. При этом нужно учитывать, что в длинном сегменте кабеля может произойти затухание (signaldamping), т.е., искажение формы сигнала, что влечет искажение передаваемой информации. Чтобы этого не происходило, применяют репитеры (repeaters) – специальные повторители, усиливающие сигнал и восстанавливающие его форму. В некоторых видах сетей (например, на основе витой пары) необходимо применять согласующие устройства, которые связывают все компьютеры с сетевыми адаптерами в один узел и осуществляют передачу данных в пределах этого узла. К таким устройствам относятся концентраторы (hubs). С ними вы познакомитесь подробнее при рассмотрении сетевых топологий. Часто бывает необходимо соединить между собой две или несколько сетей. Для этих целей применяют мосты, маршрутизаторы и шлюзы. Мост (bridge) – это устройство, соединяющее две или несколько сетей одного типа. По своему действию мосты похожи на репитеры, но в отличие от последних, могу фильтровать данные, то есть передавать в другие сегменты или сети только часть трафика, что снижает нагрузку каналов связи. Маршрутизаторы (routers) служат для организации связи между сетями и передачи данных по оптимальным маршрутам. Чаще всего маршрутизатор – это специализированный компьютер, который имеет собственный процессор для расчета путей передачи данных, а также память для хранения базы данных маршрутов и характеристик каналов связи. По сравнению с мостом маршрутизатор обеспечивает больший контроль над путями и большую защиту передаваемых данных, однако установить, настроить и эксплуатировать его гораздо сложнее. Шлюз (gateway) – это устройство, выполняющее преобразование передаваемых данных из одного формата в другой. Шлюз может быть программным (например, шлюз электронной почты) или аппаратным, например, для связи сети на основе витой пары с сетью на базе волоконной оптики. Остается добавить, что любой компьютер, подключенный к телекоммуникационной сети, называется хостом (host). Телекоммуникационное программное обеспечение (telecommunications software) – это специальное ПО, использующееся для управления и поддержки работы телекоммуникационной сети. Это ПО устанавливается на хосты и активное оборудование сетей. Основные функции телекоммуникационного программного обеспечения – управление сетью, контроль доступа к данным, контроль передачи данных, обнаружение и коррекция ошибок передачи, а также защита данных. Некоторые функции управления и мониторинга сетей выполняют операционные системы компьютеров. |