Удк 681. 3:002. 6

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу

«Вычислительные сети и системы управления»

(для студентов заочной формы обучения

специальности 7.092501)

Краматорск 2007

УДК 681.3:002.6

Конспект лекций по курсу «Вычислительные сети и системы управления» (для студентов заочной формы обучения специальности 7.092501) / Сост. О.В. Субботин. - Краматорск: ДГМА, 2007. – 60 с.

Изложены основы теории информационных и вычислительных сетей, принципы организации информационных процессов в сетях, а также даны примеры протоколов обмена данными для разных сетей. Рассмотрены вычислительные сети систем управления техническими процессами.

Составитель О.В. Субботин, доцент

Отв. за выпуск О.В. Субботин, доцент

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Многопользовательские системы для сетевых объединений 5

1.1 Развитие вычислительных сетей 5

1.2 Преимущества распределенной обработки информации 6

1.3 Основные элементы сети 8

2 Основные понятия теории сетей 11

2.1 Определение сети 11

2.2 Узлы сети 12

2.3 Классификация сетей 14

2.4 Локальная вычислительная сеть. 19

2.5 Способы коммутации 21

2.5.1 Коммутация каналов 21

2.5.2 Коммутация сообщений 22

2.5.3 Коммутация пакетов 22

3 Передача данных в сетях 24

3.1 Виды связи и режимы работы сетей передачи сообщений 24

3.2 Протоколы 24

3.3 Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС) 25

3.4 Основные элементы сети передачи данных (СПД) 27

3.5 Коммуникационные средства вычислительных сетей 33

3.5.1 Линии передачи данных 34

3.5.2 Каналы передачи данных 36

3.6 Межсетевые устройства 38

4 Сетевые операционные сети 41

4.1 Структура сетевой операционной системы 41

4.2 Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами 42

4.3 ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия 45

4.4 Требования, предъявляемые к ОС 45

5 Вычислительные сети систем управления техническими процессами 47

5.1 Иерархическая структура технических процессов 47

5.2 Сбор данных и потоки информации в управлении процессами 48

5.3 Протокол автоматизации производства (МАР) 52

5.4 Служба производственных сообщений 55

5.5 Шины локального управления (Fieldbus) 57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 60

ВВЕДЕНИЕ

Появление компьютерных сетей стало началом новой эры в обработке информации. И с момента своего появления сети продолжают играть все возрастающую роль во многих областях - начиная с маленьких компаний и отдельных подразделений больших компаний, вплоть до охватывания нескольких предприятий отрасли и даже объединения отраслей. Используемые технические решения позволяют в сетях любых масштабов, от маленьких сетей до локальных сетей предприятий и региональных сетей, обеспечить максимальную эффективность использования вычислительной техники, составляющей единую среду для информационных систем любой степени сложности.

В настоящее время вычислительные сети составляют основу всей информационной структуры многих компаний и, поэтому, все чаще рабочая среда становится немыслимой без использования сетей компьютеров.

Рассмотрим возможности, которые предоставляются средствами распределенной обработки информации в компьютерных сетях и условия, которые должны быть выполнены для получения максимальной отдачи от их использования.

1 МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ СЕТЕВЫХ ОБЪЕДИНЕНИЙ

1.1 Развитие вычислительных сетей

Мейнфреймы

В шестидесятых годах большие компьютеры или мейнфреймы устанавливались только в некоторых избранных отделениях компаний. Их основными отличительными чертами были большая емкость запоминающих устройств и централизованное управление всеми имеющимися ресурсами. Пользователи получали доступ к данным через неинтеллектуальные терминалы. Мейнфреймы были очень большими вычислительными машинами и их размеры отражали требования по обработке данных целого предприятия. Обработка заданий, даваемых пользователями, выполнялась последовательно, что часто приводило к длительным периодам ожидания результата. Если же этот главный компьютер по какой-либо причине выходил из строя, то это приводило к остановке всей системы обработки информации предприятия.

Миникомпьютеры

В начале семидесятых годов на рынке появились миникомпьютеры. Они были значительно меньше своих предшественников, и, так как они продавались по значительно меньшим ценам, то это сделало более простым их широкое использование, в том числе и для решения коммерческих задач. Из-за своих небольших размеров миникомпьютеры могли быть установлены как в отдельные системы в подразделениях предприятия. Естественно, что требуемую производительность можно было приспособить к нуждам персонала, использующего данный миникомпьютер. Все эти факторы способствовали развитию и внедрению систем обработки данных. Для этого было разработано большое количество программ, многие из которых выполняют свою работу и по сей день.

Персональные компьютеры

В начале восьмидесятых годов IВМ выпустила свой первый персональный компьютер, присоединившись к направлению, открытому Аррlе несколькими годами ранее. В отличие от ”бессловесных” терминалов персональные компьютеры предоставили пользователям свои собственные высокие интеллектуальные возможности. Так как ПК могли выполнять задачи, используя свою собственную память и свой процессор, то необходимость в чрезвычайно дорогих центральных процессорах постепенно проходила. Вместо них на каждом рабочем месте появилась громадная вычислительная мощность, которая использовалась для обработки текстов, анализа электронных таблиц и управления данными. Из-за наличия большого количества областей, в которых ПК могли использоваться, благодаря их быстро и постоянно снижающимся ценам, они нашли свое место в маленьких средних предприятиях. В течение нескольких лет они появились почти на каждом столе. И в настоящее время ежедневная работа уже немыслима без использования персонального компьютера. Начало использования персональных компьютеров создало проблему, которая никогда не возникала при работе с мейнфреймами и миникомпьютерами: обмен данными. Архитектура ПК ориентирована на использование изолированных прикладных программ. Поэтому предоставить коллеге свои данные можно было только предварительно скопировав их на дискету, потратив на копирование и передачу некоторое количество времени.

Локальные сети

Прошло совсем немного времени и многие компании, в ответ на пожелания своих клиентов, начали соединять персональные компьютеры друг с другом. Так появились первые локальные сети - LAN (Local Area Network). Такие компании как Novell предложили разнообразные решения по соединению персональных компьютеров в сеть при помощи дополнительной аппаратуры и программного обеспечения. По мере роста использования персональных компьютеров множество ПК объединялись в локальные сети внутри отдельных подразделений или всей компании. В течение короткого времени появилась постоянная высокая потребность в сетевых технологиях.

Персональные компьютеры и локальные сети в настоящее время дополнены новыми передовыми разработками: распределенной обработкой информации.

1.2 Преимущества распределенной обработки информации

Использование обновленной информации

Одно из наиболее важных свойств сети - это централизованное хранение данных на сервере, что является особенно важным для актуализации баз данных. Любое изменение выполненное в общем информационном поле некоторой рабочей станцией должно быть без задержки задокументировано в системе и стать доступным всем остальным пользователям сети.

Прозрачность доступа к данным

Помимо предоставления коммуникационных возможностей для разнообразного компьютерного оборудования и предоставления возможности обмена данными, одной из важных особенностей распределенной обработки является прозрачность доступа к данным. Это значит, что формат используемых данных зависит только от прикладной программы, которая их использует, а не от типа операционной системы. Так, напри­мер, документ, составленный пользователем, работающим с текстовым процессором MicrosoftWord в Windows может позднее быть прочитан пользователем текстового процессора WordPerfect на Apple Macintosh. Использование баз данных позволяет еще более расширить прозрачность доступа, когда о способе хранения данных знает только сама система управления базой данных, а любая прикладная программа, использующая данные, получает их в подходящем формате как результат ответа на собственный запрос.

Централизованное хранение программ

В сети большинство прикладных программ может быть установлено лишь однажды на файловом сервере, чтобы стать доступными всем пользователям. При этом пропадает необходимость повторных установок программы на каждом рабочем месте. Установка же конфигурационных параметров занимает секунды. Но простота установки это не единственное преимущество хранения программ на сервере. Выполнение обновлений версий установленных прикладных программ и поддержка их работы становится не только несравненно проще, но и мгновенно доступными всем пользователям. Помимо этого, такой способ хранения исполняемых файлов позволяет надежно защититься от проникновения компьютерных вирусов. Специализированные программы-сканеры, работающие на сервере, не позволят подозрительной программе остаться доступной для использования и возможного заражения других программ. Защита серве­ра и, соответственно, всего хранимого на нем программного обеспечения организуется намного легче и быстрее, чем защита каждой индивидуаль­ной рабочей станции.

Защита и безопасность данных

Обеспечение безопасности данных - это важный элемент в системе защиты данных любой компании. Выполнить все требования безопасности на отдельно стоящем персональном компьютере очень тяжело. При этом необходимость пользователю самому постоянно заботиться о без­опасности своих данных приведет к неэффективности использования его рабочего времени. С другой стороны, при использовании сети, а особен­но при централизованном хранении данных на севере, единственная операция поддержания безопасности данных гарантирует их доступность даже после повреждения дисков сервера.

Совместное использование оборудования

Использование сети и соответствующего программного обеспечения позволяет эффективно использовать дорогостоящее периферийное обо­рудование такое как лазерные принтеры, модемы, устройства хранения на оптических дисках, телефаксы, линии передачи данных и т.п. Установленное в сети оборудование становится доступным всем пользователям, что часто позволяет отказаться от приобретения дополнительной аппаратуры и избежать чрезмерных затрат.

Интегрированный коммуникационный сервис

Использование сетей предоставляет как возможности по использованию новых средств взаимодействия пользователей, так и использование традиционных средств, но более эффективным способом. Так, например, возможность доступа каждого пользователя к сети позволила использовать для передачи информации между пользователями средства электронной почты. Однако эти возможности могут быть расширены и выведены за пределы локальной сети, если использовать возможности локальных средств доставки сообщений к глобальным средствам коммуникаций: системам передачи данных, электронной почте и т.п. Другим примером может служить использование передачи факсимильных сообщений. Написанное сообщение отправляется при помощи специализированных серверов факс-сообщений. Вам не нужно больше распечатывать сообщение, чтобы передать его используя обычную факс-машину и ожидая в очереди, пока коллеги отправят свои сообщения. Кроме того, Ваше присутствие не требуется, когда факс-сервер принимает сообщение для Вас и пересылает его Вам.

Базы данных

Громадный потенциал новых разработок привел к огромному росту производительности персональных компьютеров. В настоящее время ПК достигли уровней производительности, которые традиционно принадлежали большим вычислительным машинам. Интегрирование таких высокопроизводительных машин в локальные сети позволяет переносить на них все большее число задач, которые всегда предлагалось решать на больших ЭВМ. Многие системы управления базами данных уже перенесены в среду локальных сетей; например такие компании как Gupta, Оrасlе и Sybase предлагают решения, которые в сетях работают значительно быстрее, чем на больших машинах. При этом за гораздо меньшую цену.

1.3 Основные элементы сети

Серверы и рабочие станции

Говоря упрощенно, сеть может быть разделена на две группы компьютеров: серверы и рабочие станции. Серверы - это компьютеры, которые предоставляют свои ресурсы всем пользователям и устройствам. Рабочие станции - это группа из отдельных компьютеров, пользующихся предоставляемыми сетью услугами.

Сетевые карты и сетевые кабеля

Помимо серверов и рабочих станций любая сеть состоит из дополнительной аппаратурным программного обеспечения. На каждый сервер и на каждую рабочую станцию, включаемую в сеть, должна быть установлена сетевая карта. Затем компьютеры соединяются друг с другом посредством кабельной системы или иной среды передачи. Существуют разнообразные способы присоединения компьютера к кабелю. Так компьютеры могут соединяться единственным кабелем или группа компьютеров может быть присоединена к концентратору. Часто в новых зданиях кабельная система оказывается уже готовой, так как она прокладывается вместе с телефонными кабелями. Таким образом, наличие проложенных кабелей и специфические требования конкретной сети определят тип используемой кабельной системы.

Сетевая операционная система

Даже самые быстрые и наиболее дорогие компьютеры не могут показать свои преимущества, если нет подходящего программного обес­печения. В значительной степени эффективность функционирования сети определяется используемым сетевым программным обеспечением.

Сетевое программное обеспечение состоит из нескольких компо­нент, но при этом программное обеспечение серевера является наиболее важным элементом. Для этого наиболее важного компьютера в сети Novell разработала свою собственную операционную систему.

Даже самые быстрые и наиболее дорогие компьютеры не могут показать свои преимущества, если нет подходящего программного обес­печения. В значительной степени эффективность функционирования сети определяется используемым сетевым программным обеспечением.

Сетевое программное обеспечение состоит из нескольких компонент, но при этом программное обеспечение сервера является наиболее важным элементом. Для этого наиболее важного компьютера в сети Novell разработала свою собственную операционную систему.

На самом обобщенном уровне сеть есть система, которая позволяет производить обмен информацией. Минимальный набор компонентов, составляющих базовую коммуникационную модель, состоит из источника, приемника, среды передачи и самого сообщения.

Источником и приемником могут быть два разговаривающих между собой человека. В сети источником и приемником могут быть ПК (персональный компьютер) и главная ЭВМ или спутник и принимающая антенна.

Средой передачи или каналом может быть телефонная линия, кабель или воздух, по которому распространяется микроволновое излучение (проводная, беспроводная и комбинированная соединительная среда).

Сообщение представляет собой информацию, передаваемую между источником и приемником.

История обмена данными отмечена улучшениями во всех компонентах коммуникационной модели. Эти улучшения сделали более быстрыми, простыми в обращении и более эффективными. Сеть является системой, в которой происходит передача информации. Компьютерная сеть включает все аппаратное и программное обеспечение, необходимое для подключения компьютеров и другого электронного оборудования к каналу, по которому они могут общаться друг с другом. Устройства, которые взаимодействуют с другими устройствами в сети, называются узлами, станциями или сетевыми устройствами. Число узлов может колебаться от двух до многих тысяч.

Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании информационных сетей.

2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ СЕТЕЙ

2.1 Определение сети

Коммуникационная сеть - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.

Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса, и соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений.

Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.

Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE - Data Circuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.

2.2 Узлы сети

Любой информационный узел — это техническая или организационно-тех­ническая (с людьми) система определенной сложности, осущест­вляющая те или иные заданные процессы. Например, в узле могут выполняться обработка информации, приведение поступающей в узел информации к виду, удобному для дальнейших преобразова­нии в сети (редактирование), обработка с целью сжатия, сокра­щение избыточности и управление потоками поступающей и выхо­дящей информации.

В узле происходит также распределение информации по кана­лам без дополнительной обработки, причем возможны различные варианты такой процедуры. Например, в одном варианте узел мо­жет работать как концентратор информации, в другом — как ком­мутатор каналов.

Особую роль в ИС играют узлы, по которым проходит граница сети, т. е. такая условная линия или сечение, через которую инфор­мация может выйти из сети или, наоборот, поступить в нее. Такие узлы принято называть оконечными пунктами. Это не ог­раничивает ИС территориально. Часто имеется в виду логическое ограничение в смысле функциональной или предметной принадлеж­ности к той или иной подсистеме и связи ее с ИС. Оконечный пункт характеризуется еще тем, что именно здесь пользователь имеет возможность подключиться к сети и взаимодействовать с ней. Для этой цели в оконечных пунктах устанавливаются соответствующие технические средства, называемые абонентскими пункта­ми (АП), а также терминалами (Т).

Оконечный пункт ИС как ее информационный узел будем назы­вать абонентской информационной системой, если у нее имеется возможность обеспечить доступ любого абонента (ис­точника или получателя данных) —устройства, программы, процес­са к ресурсам ИС. Абонентская система (AC) — комплекс устройств, выполняющих функции, связанные с предоставлением либо потреблением информационных ресурсов, а также взаимодей­ствием с другими подсистемами.

Абонентская система—понятие более широкое, чем терминал или АП, так как может включать их в себя как составные элементы. В то же время это не означает, что АС в техническом исполнении всегда должна быть сложнее отдельного АП или терминала. Дело в том, что на практике известны системы, называемые терми­нальными комплексам и, в состав которых входят несколь­ко малых ЭВМ, системы памяти и хранения достаточно больших объемов информации, задача которых—организация и обеспече­ние эффективного взаимодействия отдельного пользователя или группы пользователей с ИС. Понятие «терминал» в первом случае дословно означает конечная станция, оконечный пункт, а во вто­ром—вывод, «клемма», точка подключения. В зависимости от занимаемого места в ИС и решаемых задач степень сложности або­нентских систем, терминалов и АП, как представителей оконечных информационных узлов, очень различна. Кроме оконечных в любой сети имеются один или несколько внутренних сетевых узлов. Обычно это транзитные (промежу­точные) или в общем случае коммуникационные связные уз­лы. Любой сетевой узел—это достаточно сложная информа­ционная система. В узел посту­пает по одному или нескольким каналам входная информация, а с узла снимается и распреде­ляется по другим каналам вы­ходная информация. В самом узле могут осуществляться: накопление поступающей ин­формации; логическая обработка; распределение по кана­лам и некоторые другие процедуры.

Информационный узел ча­сто выполняет роль буфера, который при большом потоке входной информации, поступающей в него, концентрирует ее на внутренних ресурсах, т. е. помещает в запоминающие устройства, и хранит до тех пор, пока не пред­ставляется возможность передать дальше по назначению. В соот­ветствии с основным содержанием информационного процесса данный вид сетевых узлов получил название «узлы с промежуточ­ным накоплением информации». Алгоритмы промежуточного на­копления информации применяются с целью построения на их ос­нове узлов, реализующих эффективные способы коммутации и рас­пределения информации (рис. 1). Работа такого узла осуществля­ется следующим образом.

Рисунок 1 - Схема узла с промежуточным

накоплением информации при ее распределении по сети

Информационные потоки по линиям, подходящим к узлу, поступают в при­емные буферные регистры ПРКБ₁ — ПРКБ₄, накапливаются там. Периодически происходит опрос S_p всех канальных буферов и считывание хранимой в них ин­формации, в которой указывается направление дальнейшей передачи, например номер выходной линии S_c (канала). Если какой-либо выходной буфер ВКБ за­полнен, то запись информации 5д производится в долговременное ЗУ-ДЗУ имеющееся в узле. Помещенная в ДЗУ информация хранится до тех пор, пока не освободится выходной буфер, с которого информация направляется в канал КС по адресам потоков сообщений.

Состав, структура и функции информационного узла во многом зависят от вида ИС. Например, в телефонных и телеграфных сетях узлы районного уровня представляют собой сложную организаци­онно-техническую систему, в состав которой входит ряд функцио­нальных подразделений и служб, отделения с аппаратурой различ­ного назначения: цех телеграфных каналов (ЦТК), аппаратно-коммутаторный цех, участок обслуживания оконечных установок и др.

В отличие от узлов телеграфной сети в ИС, предназначенной для сбора и обработки телеметрических данных, функции их может выполнять отдельное устройство (коммутатор сигналов, буферное ЗУ или микропроцессор). Диапазоны возможных вариантов состава структур и функций информационных узлов ИС различного типа широки. Но независимо от их существенных различий в принципах действия, назначении и техническом исполнении все виды информа­ционных узлов ИС обладают одними и теми же общими признака­ми: свойством автономности и конкретной топологической принад­лежности (размещение на одном определенном месте или ограни­ченной области пространства).

Рассматривая составные элементы архитектуры, следует выде­лить особый вид узлов, играющих активную роль в процессах функционирования сетей: это так называемые узлы сетевого уп­равления (УУ), а также центры обработки и коммутации сообще­ний (ЦКС). В состав структуры таких узлов входят ЭВМ и доста­точно развитый комплекс периферийного оборудования. ЦКС широко применяется в современных сетях телеграфа и телефона. Однако более перспективными и экономичными считаются ИС, в которых используются методы, применяемые в сетях ЭВМ (ком­мутация пакетов, системы сетевых протоколов и т. п).

2.3 Классификация сетей

Классификация ИС представлена на рис. 2. Укажем следующие признаки, которыми можно воспользоваться для классификации ИС и систе­матизации их свойств и особенностей: территориальность ИС (раз­меры охватываемой территории); уровень развития и особенности сетевой архитектуры; основное целевое прикладное назначение; топология ИС.

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

территориальные - охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);

локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);

корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина); это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.

Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.

В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации (CIM - Computer Integrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению.

Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия.

Сетевые топологии

В локальных сетях используется несколько различных топологий (геометрических конфигураций). Любая пара станций может быть соединена либо непосредственно либо через другие станции, которые ретранслируют данные получателю. Топологические сети зависит от нескольких факторов — типа графика, расстояния между станциями, характера помех, которые могут влиять на данные в канале, требуемых скорости, пропускной способности и надежности передачи данных.

Простейшую классификацию сетевых топологий можно построить исходя из числа приемников, непосредственно соединенных с одним передатчиком и получателя одновременно одно и то же сообщение. В двухточечных конфигурациях существует только один канал между приемником и передатчиком. Поэтому приемник должен обрабатывать каждое поступающее сообщение, поскольку оно явно предназначено для него. В широковещательных топологиях общий тракт передачи соединяет несколько станций — многоабонентное или шинное соединение. В этом случае станции принимают переданное сообщение одновременно и каждая должна его декодировать для того, чтобы определить, предназначено оно ей или нет. Многоабонентные соединения требуют специального оборудования и программных средств для разделения ресурсов канала.

Наиболее важные сетевые топологии показаны на рис. 3. Ниже перечислены основные характеристики.

· Шина (bus) - станции разделяют общий физический тракт передачи; широковещательная топология.

· Звезда (star) - центральный узел (концентратор) соединен непосредственно с каждым узлом по двухточечному принципу.

· Кольцо (ring) - каждая станция соединена с двумя другими, а вместе они образуют кольцо. Сообщение от любой станции может достичь пункта назначения двумя различными путями.

· Древовидная /иерархическая (tree / hierarchical) - отдельные станции / концентраторы соединены каскадно с другими концентраторами или оконечными станциями Сообщения от источника к пункту назначения проходят по иерархическому пути.

· Ячеистая технология (mesh) - между каждой парой узлов установлено соединение “точка-точка”. Сообщения могут передаваться по множеству различных путей.

· Смешанная (mixed) - одновременное использование нескольких топологий.

Рисунок 3 - Сетевые топологии

При выборе топологии сети следует отдавать предпочтение той, которая гарантирует эффективную передачу данных от отправителя к получателю и предусматривает избыточные пути в случае повреждения основного. Для этого применяется процедура анализа состояния сети в случае разрыва в одной точке (single _ failure). В предположении, что в каждый момент времени один и только один из компонентов сети не функционирует, анализируется наличие обходных путей, пропускная способность, а также определяются узлы, доступ к которым невозможен. Такой анализ выполняется для каждого из компонентов сети (узлов и соединений между ними). В этом отношении звездная топология наиболее уязвима как при выходе из строя центрального узла сеть разрушается полностью. Наименее чувствительна к повреждениям кольцевая схема, поскольку трафик можно направить в противоположную сторону. Аналогично, повреждение станции окажет влияние только на ее трафик и не затронет остальные, при этом возможно снижение пропускной способности.

Для улучшения характеристик крупные сети делятся на фрагменты. В системе с большим количеством устройств можно организовать небольшие группы сетей, которых в основном взаимодействуют друг с другом. Эти группы объединятся между собой с помощью специальных устройств — мостов и маршрутизаторов.

2.4 Локальная вычислительная сеть

Локальные сети в производственной практике играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединя­ются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Ра­бочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимуще­ства, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислитель­ной сети.

Разделение ресурсов: разделение ресурсов позволяет эко­номно использовать ресурсы, например, управлять перифе­рийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных: разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с пери­ферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств: разделение програм­мных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных про­граммных средств.

Разделение ресурсов процессора: при разделении ресур­сов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, вхо­дящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" мо­ментально, а только лишь через специальный процессор, до­ступный каждой рабочей станции.

Многопользователъский режим: многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использова­нию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если поль­зователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Электронная почта: с помощью электронной почты происходит интерактивный обмен информацией между ра­бочей станцией и другими станциями, установленными в вы­числительной сети.

В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.

Среди ЛВС наиболее распространены:

шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);

кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов.

В зависимости от способа управления различают сети:

"клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;

одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Наконец появилась сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ - неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN- Public Switched Data Network).

Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.

2.5 Способы коммутации

Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.

Различают следующие способы коммутации данных:

коммутация каналов - осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто;

коммутация сообщений - характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности; вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, и между участками возможна буферизация сообщения;

коммутация пакетов - сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов.

2.5.1 Коммутация каналов

Коммутация каналов может быть пространственной и временной

Пространственный коммутатор размера N*M представляет собой сетку (матрицу), в которой N входов подключены к горизонтальным шинам, а M выходов - к вертикальным.

В узлах сетки имеются коммутирующие элементы, причем в каждом столбце сетки может быть открыто не более чем по одному элементу. Если N < M, то коммутатор может обеспечить соединение каждого входа с не менее чем одним выходом; в противном случае коммутатор называется блокирующим, т.е. не обеспечивающим соединения любого входа с одним из выходов. Обычно применяются коммутаторы с равным числом входов и выходов N*N.

Недостаток рассмотренной схемы - большое число коммутирующих элементов в квадратной матрице, равное N². Для устранения этого недостатка применяют многоступенные коммутаторы.

В многоступенных коммутаторах существенно уменьшено число переключательных элементов за счет некоторого увеличения задержки.

Временной коммутатор построен на основе буферной памяти, запись производится в ее ячейки последовательным опросом входов, а коммутация осуществляется благодаря считыванию данных на выходы из нужных ячеек памяти. При этом происходит задержка на время одного цикла "запись-чтение". В настоящее время преимущественно используются временная или смешанная коммутация.

2.5.2 Коммутация сообщений

Способ коммутации сообщений основывается на принципах организации связи, принятых в системах передачи телеграфных сообщений. Они предусматривают адресацию сообщений, их ретрансляцию и аналитическую обработку заголовков телеграмм в узлах сетей связи. Если каналы, исходящие из данного узла, по которым необходимо передать сообщение (текст или данные, адресованные некоторому другому удаленному узлу), заняты, то это сообщение находится в состоянии ожидания в узле. Множе­ство сообщений, находящихся в состоянии ожидания, и сообщения, отправляемые по одним и тем же каналам, образуют очереди, которые могут возникать не только при выходе из узла по причине занятости канала, но и при их поступлении. Данный вид очереди обусловлен тем, что сообщения могут прийти тогда, когда сред­ства системы коммутации узла осуществляют обработку ранее поступивших сообщений.

В общем случае при коммутации сообщений могут возникнуть задержки, связанные с обработкой и ожиданием, которые зависят от общего числа сообщений, поступающих в узел в единицу вре­мени, от их длины (количества символов), скорости передачи и обработки и целого ряда других факторов. В теоретическом отношении вопрос о величине задержек достаточно сложный. Одним из способов уменьшения задержки обработки сообщений при коммутации является приведение их длины к постоянной величине, т. е. короткие сообщения дополняются до установленного значения, а длинные разбиваются на заданные части (пакеты).

2.5.3 Коммутация пакетов

Во многих случаях наиболее эффективной оказывается коммутация пакетов. Во-первых, ускоряется передача данных в сетях сложной конфигурации за счет того, что возможна параллельная передача пакетов одного сообщения на разных участках сети; во-вторых, при появлении ошибки требуется повторная передача короткого пакета, а не всего длинного сообщения. Кроме того, ограничение сверху на размер пакета позволяет обойтись меньшим объемом буферной памяти в промежуточных узлах на маршрутах передачи данных в сети.

В сетях коммутации пакетов различают два режима работы: режим виртуальных каналов (другое название - связь с установлением соединения) и дейтаграммный режим (связь без установления соединения).

В режиме виртуальных каналов пакеты одного сообщения передаются в естественном порядке по устанавливаемому маршруту. При этом в отличие от коммутации каналов линии связи могут разделяться многими сообщениями, когда попеременно по каналу передаются пакеты разных сообщений (это так называемый режим временного мультиплексирования, иначе TDM - Time Division Method), или задерживаться в промежуточных буферах. Предусматривается контроль правильности передачи данных путем посылки от получателя к отправителю подтверждающего сообщения - положительной квитанции. Этот контроль возможен как во всех промежуточных узлах маршрута, так и только в конечном узле. Он может осуществляться старт-стопным способом, при котором отправитель до тех пор не передает следующий пакет, пока не получит подтверждения о правильной передаче предыдущего пакета, или способом передачи "в окне". Окно может включать N пакетов, и возможны задержки в получении подтверждений на протяжении окна. Так, если произошла ошибка при передаче, т.е. отправитель получает отрицательную квитанцию относительно пакета с номером K, то нужна повторная передача и она начинается с пакета K.

Например, в сетях можно использовать переменный размер окна. Так, в соответствии с рекомендацией документа RFC-793 время ожидания подтверждений вычисляется по формуле

T _ож = 2*T_ср,

где T_ср:= 0,9*T_ср + 0,1*T_i, T_ср - усредненное значение времени прохода пакета до получателя и обратно, T_i - результат очередного измерения этого времени.

В дейтаграммном режиме сообщение делится на дейтаграммы. Дейтаграмма - часть информации, передаваемая независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что может послужить причиной блокировок сети. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечивается лишь контролем на оконечном узле.

Блокировкой сети в дейтаграммном режиме называется такая ситуация, когда в буферную память узла вычислительной сети поступило столько пакетов разных сообщений, что эта память оказывается полностью занятой. Следовательно, она не может принимать другие пакеты и не может освободиться от уже принятых, так как это возможно только после поступления всех дейтаграмм сообщения.

3 ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В СЕТЯХ

3.1 Виды связи и режимы работы сетей передачи сообщений

Первоначальными видами сообщений могут быть голос, изображения, текст, данные. Для передачи звука традиционно используется телефон, изображений - телевидение, текста - телеграф (телетайп), данных - вычислительные сети. Передача документов (текста) может быть кодовой или факсимильной. Для передачи в единой среде звука, изображений и данных применяют сети, называемые сетями интегрального обслуживания.

Кодовая передача сообщений между накопителями, находящимися в узлах информационной сети, называется телетекстом (в отличие от телекса - телетайпной связи), а факсимильная связь называется телефаксом. Виды телетекса: электронная почта (E-mail) - обмен сообщениями между двумя пользователями сети, обмен файлами, "доска объявлений" и телеконференции - широковещательная передача сообщений.

Установление соединения между отправителем и получателем с возможностью обмена сообщениями без заметных временных задержек характеризует режим работы on-line ("на линии"). При существенных задержках с запоминанием информации в промежуточных узлах имеем режим off-line ("вне линии").

Связь может быть односторонней (симплексной), с попеременной передачей информации в обоих направлениях (полудуплексной) или одновременной в обоих направлениях (дуплексной).

3.2 Протоколы

Протоколы - это набор семантических и синтаксических правил, определяющий поведение функциональных блоков сети при передаче данных. Другими словами, протокол - это совокупность соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена.

Поскольку информационный обмен - процесс многофункциональный, то протоколы делятся на уровни. К каждому уровню относится группа родственных функций. Для правильного взаимодействия узлов различных вычислительных сетей их архитектура должна быть открытой. Этим целям служат унификация и стандартизация в области телекоммуникаций и вычислительных сетей.

Унификация и стандартизация протоколов выполняются рядом международных организаций, что наряду с разнообразием типов сетей породило большое число различных протоколов. Наиболее широко распространенными являются протоколы, разработанные для сети ARPANET и применяемые в глобальной сети Internet, протоколы открытых систем Международной организации по стандартизации (ISO -Intrenational Standard Organization), протоколы Международного телекоммуникационного союза (International Telecommunication Union -ITU, ранее называвшегося CCITT) и протоколы Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers). Протоколы сети Internet объединяют под названием TCP/IP. Протоколы ISO являются семиуровневыми и известны как протоколы базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМВОС).

3.3 Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС)

Базовая ЭМВОС - это модель, принятая ISO для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. ЭМВОС признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.

В ЭМВОС информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.

ЭМВОС содержит семь уровней. Ниже приведены их номера, названия и выполняемые функции.

7-й уровень - прикладной (Application): включает средства управления прикладными процессами; эти процессы могут объединяться для выполнения поставленных заданий, обмениваться между собой данными. Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Уровень включает, например, такие средства для взаимодействия прикладных программ, как прием и хранение пакетов в "почтовых ящиках" (mail-box).

6-й уровень - представительный (Presentation): реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование). Например, на этом уровне выделенные для передачи данные преобразуются из кода ЕBCDIC в ASCII и т.п.

5-й уровень - сеансовый (Session): предназначен для организации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) cети. На этом уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответаами взаимодействующих партнеров.

4-й уровень - транспортный (Transport): предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от следующего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанной скорости и надежности передачи).

3-й уровень - сетевой (Network): на этом уровне происходит формирование пакетов по правилам тех промежуточных сетей, через которые проходит исходный пакет, и маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты. Другими словами, маршрутизация сводится к образованию логических каналов. Логическим каналом называется виртуальное соединение двух или более объектов сетевого уровня, при котором возможен обмен данными между этими объектами. Понятию логического канала необязательно соответствие некоего физического соединения линий передачи данных между связываемыми пунктами. Это понятие введено для абстрагирования от физической реализации соединения. Еще одной важной функцией сетевого уровня после маршрутизации является контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети.

2-й уровень - канальный (Link, уровень звена данных): предоставляет услуги по обмену данными между логическими объектами предыдущего сетевого уровня и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих на следующем, физическом уровне. Кадром называется пакет канального уровня, поскольку пакет на предыдущих уровнях может состоять из одного или многих кадров.

1-й уровень - физический (Physical): предоставляет механические, электрические, функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разъединения логических соединений между логическими объектами канального уровня; реализует функции передачи битов данных через физические среды. Именно на физическом уровне осуществляются представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

В конкретных случаях может возникать потребность в реализации лишь части названных функций, тогда соответственно в сети имеется лишь часть уровней. Так, в простых (неразветвленных) ЛВС отпадает необходимость в средствах сетевого и транспортного уровней. В то же время сложность функций канального уровня делает целесообразным его разделение в ЛВС на два подуровня: управление доступом к каналу (МАС - Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC - Logical Link Control). К подуровню LLC в отличие от подуровня МАС относится часть функций канального уровня, не связанных с особенностями передающей среды.

Передача данных через разветвленные сети происходит при использовании инкапсуляции/декапсуляции порций данных. Так, сообщение, пришедшее на транспортный уровень, делится на сегменты, которые получают заголовки и передаются на сетевой уровень. Сегментом обычно называют пакет транспортного уровня. Сетевой уровень организует передачу данных через промежуточные сети. Для этого сегмент может быть разделен на части (пакеты), если сеть не поддерживает передачу сегментов целиком. Пакет снабжается своим сетевым заголовком (т.е. происходит инкапсуляция). При передаче между узлами промежуточной ЛВС требуется инкапсуляция пакетов в кадры с возможной разбивкой пакета. Приемник декапсулирует сегменты и восстанавливает исходное сообщение.

3.4 Основные элементы сети передачи данных (СПД)

Среда передачи данных - совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.

Линия передачи данных - средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.

Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибелах, 1 дБ = 10*lg(P1/P2), где Р1 и Р2 - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.

При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная - числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.

Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2^N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.

Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на log₂k бит, где k - число возможных дискретных значений сигнала)

V = 2*F*log₂k бит/с,

так как V = log₂k/t, где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3*Т_В, а Т_В = 1/(2*p *F), k = 1+A, где A - отношение сигнал/помеха.

Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.

Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие аппаратуру конца данных (узел) и линию передачи данных.

Составные элементы СПД. Это совокупность аппаратных средств для представления информации в закодированной форме и преобразования ее с целью эффективного распространения сиг­налов по физической среде связи (ФСС) (каналу связи). В соот­ветствии с приведенным определением канал передачи данных можно представить состоящим из двух основных частей: аппаратуры передачи данных и физической среды связи, через которую передается информация. Варианты структур канала передачи данных показаны на рис. 4, а—в.

Сетевой тракт передачи данных. Это совокупность парал­лельно включенных каналов связи, организованных в линии раз­личного типа с помощью аппаратуры частотного или временного уплотнения, устройств преобразования сигналов, модемов и уст­ройств повышения достоверности передачи информации.

Функциональное назначение каждой из указанных частей ка­нала и тракта передачи данных определяет их техническое испол­нение. Конструктивно аппаратура передачи данных (АПД) соединяется с линией связи через специальные аппаратные средства (интерфейсы связи), которые выполняются на основе стандартных решений, требований и рекомендаций. Международные стандарты, опреде­ляющие соединение АПД с физической средой, называют рекомендациями серии Х (MKKТT), в частности Х.21 и Х.21 бис. В нашей стране интерфейсы связи называются СТЫКами, обозначаются заглавными буквами С с номером, стоящим справа: С1, С2, СЗ, С4. СТЫК С1 определяет структуру, состав и логику взаимодействия соединительных цепей между АПД и физической средой связи ФСС (рис. 1.20, а). Он также устанавливает параметры передачи (скорости, тип капала связи и др.) СТЫК С2 определяет параметры цепей обмена данными между оконечным оборудованием данных ООД и АПД при последовательном вводе/выводе данных той или иной абонентской системой (АС). В абонентской системе (АС) обмен и передача между отдельными устройствами (оконечными абонентами) (ОА) осуществляется па­раллельным образом, т. е. сигналы передаются одновременно по целой группе соединительных линий (цепей), на которые также имеются стандартные интерфейсы (стандарт ИРПР—интерфейс-радиальный параллельный). При подключении абонентской си­стемы к каналу передачи данных, во-первых, необходимо обеспе­чить сопряжение, которое выполняется с помощью адаптеров (А) через ИРПР, а во-вторых, сопряжение адаптера с каналом передачи данных и при необходимости в случае передачи на значительное

расстояние переход от параллельного способа обмена к последовательному через СТЫК С2.

Рисунок 4 - Структура канала передачи данных

Работу канала передачи данных можно организовать различ­ным образом: передавать данные только в одном направлении (симплексный СДД) (рис. 4, в), менять направления передачи (полудуплексный СПД) (рис. 4, б) и, используя две линии, ввести одновременную передачу в двух направлениях (дуплексный СПД), рис. 4. а.

Как видно из рис. 4, а—в основными компонентами канала передачи данных являются: адресат—получатель 0,4; с устройством приема ПР информации и отправитель ОЛ, с передатчиком ПК, кодер К₀ и декодер ДК. В схеме можно выделить так называемый непрерывный канал связи НКС, в который входят линии связи, приемный ДМ и передающий М модемы.

Непрерывный канал характеризуется полосой пропускания , уровнем шумов Р_ш, затуханием и другими параметрами. При подключении к передатчику кодера, декодера и устройств защиты от ошибок, на основе непрерывного канала, образуется дискретный канал (ДКС).

Для установления физической и логической связей источника с системой передачи информации необходимо организовать сопряжение, которое осуществляется по принципу согласования скорости выбора сообщений источником и скорости их передачи по каналу связи. При этом главным согласующим принципом источника сообщений с каналом связи (это в равной мере относится к приемнику и абоненту) является согласование всех эле­ментов системы передачи информации по применяемым кодам и способам кодирования.

Под кодированием в общем случае понимается процесс представления сообщений с помощью специальных элементов в соответствии с набором правил, позволяющих эффективно реали­зовать передачу, обработку информации и другие информацион­ные процессы.

Как известно из теории информации, для непрерывного канала важнейшей характеристикой является его пропускная способ­ность, которую можно подсчитать следующим образом:

,

где -полоса пропускания канала;

Р_с, Р_ш -мощности сигнала и шума.

Из формулы следует, что имеют место два пути увеличения пропускной способности каналов: увеличение полосы пропускания канала связи, увеличение соотношения сигнал/шум.

В ИС применяют методы, реализующие каждый из указанных путей. В частности, если требуется обеспечить высокие скорости передачи сообщений, в качестве непрерывного канала применяют высокочастотные коаксиальные кабели или оптико-волоконные линии, имеющие сравнительно низкий уровень шумов и позволяю­щие передавать большое число импульсных посылок в единицу времени.

В непрерывном канале также для эффективного протекания / процессов передачи информации производятся модуляция, демодуляция, фильтрация и другие преобразования сигналов.

Непрерывный канал не позволяет обеспечить возросшие требования к процессам передачи информации, предъявляемые к информационным сетям. Решение проблемы – в применении дискретной передачи информации и ее кодирование помехоустойчивости.

По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные - радио- и инфракрасными каналами.

Оптоволоконные линии

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называ­емые также стекловопоконным кабелем. Скорость распро­странения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень боль­шие расстояния без использования повторителей. Они об­ладают противоподслушивающими свойствами, так как те­хника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездооб­разного соединения.

Основные показатели трех типовых сред для передачи информации приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Показатели типовых сред передачи искажения

Показатели	Среда передачи информации
Двухжильный кабель – витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая, однако легко ответвляется	Высокая
Скорость Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:    Сейчас читают про: Классификация методов обучения Примеры решения задач. Определите рентабельность продукции по следующим данным: количество выпущенных изделий за квартал - 1 500 штук Виды деятельности. Существуют различные классификации видов деятельности: Показатели движения численности работников. Пример 1,2 Технология изготовления порошков Анализ финансового состояния предприятия Самый сильный аргумент, почему эволюция человека не могла быть  Лучшее лекарство для тела – это спокойствие ума. © Наполеон ==> читать все изречения... 6334 6127 Понравился сайт? Поделись им с друзьями: