Что может выступать в качестве коммуникационной среды в информатике

Информатика как наука о развитии коммуникативной среды.

Коммуникационная среда — совокупность условий, позволяющих группе людей/организаций (субъекты среды) реализовывать желание и необходимость обмена информацией путём прямого обращения друг к другу. Коммуникационная среда может быть универсальной — предоставляющей одинаковые возможности:

· технические — каналы передачи информации, сервисы передачи информации и т. п.

· эмоциональные — отношение со стороны субъектов среды, принимающих информацию, к её источнику

· социально-этические для обмена информацией без её ограничения в форматах представления, тематике, способах передачи и т. п.

Коммуникационная среда может быть специализированной — имеющей такие ограничения.

Локальная информационная среда обеспечивает процесс обмена между субъектами, необходимость и желание в обмене информацией которых определена общностью определенных характеристик (общностью интересов, географически компактное расположение субъектов среды, социально-демографические характеристики субъектов и т. п.).

Глобальная информационная среда обеспечивает возможность обмена информации между любыми субъектами среды в границах действия технологических средств обмена информации между субъектами.

Информа́тика (от информация и автоматика) — наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации с применением компьютерных технологий, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений.

Информатика включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, например разработка языков программирования и протоколов передачи данных.

Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п.

Интернет, WWW и социальные сети являются динамичными явлениями, включающими в себя технологии и службы, проникновение которых в коммерческие компании, правительственные и неправительственные организации, образовательные учреждения, города и села, во все слои общества неуклонно возрастает.

Доступность Интернета в школах, университетах, предприятиях, организациях и домах и все большее его использование поднимают такие вопросы, как защита прав потребителей в сфере ИКТ и обеспечение достойного содержания сети для детей.

Интернет с его безграничными возможностями хранения, поиска и получения информации потенциально расширяет доступ к образованию, занятости и здравоохранению.

Интернет стремительно развивается и превращается в ценный экономический ресурс благодаря своей открытости.

Интернет, открывая пространства для диалога и обсуждений на правительственном, неправительственном и неофициальном уровнях, превращается в значимый фактор общественной жизни.

Вывод: Информатика создала кучу современных вещей, в т.ч. Интернет, провела аж 2 революции (компьютерную и телекоммуникационную), сделав общество информационным, создал все условия для развития коммуникативной среды по средствам вербального и невербального общения.

ДЛЯ СПРАВКИ

В России наиболее известна концепция зарождения информационного общества американского философа О. Тоффлера, сформулированная им в переведённых на русский язык «Шок от столкновения с будущим», «Экоспазм» (1975) и «Третья волна» (1980).

Информационная революция, как отмечает Олвин Тоффлер, складывается из двух революций:

Телекоммуникационная революция начинается с середины 70-х годов и сливается с компьютерной. Компьютерная революция начинается гораздо раньше и протекает в несколько этапов.

Первый большой этап охватывает 1930-1970 годы, который называют «нулевым циклом». Он начинается с создания первых ЭВМ американским физиком Дж. Атанасовым и немецким инженером К. Цузе.

На этом этапе в 1951 году была создана первая коммерческая ЭВМ UNIVAC-1 (она весила 30 т, содержала 18 тысяч ламп и совершала 5 тысяч операций в секунду). Второй значительный этап компьютерной революции начинается с создания первых персональных компьютеров и их серийного производства.

Телекоммуникационная революция связана с созданием

а) волоконно-оптических технологий;

б) спутниковых технологий.

Слияние компьютерной и телекоммуникационных технологий породило на рынке множество новых товаров и услуг. Информационная и телекоммуникационная индустрия превратились в ключевой сектор экономики развитых стран.

Информатика – тех наука систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы формирования этих средств и методы упр-я ими. Данные – зарегистрированные сигналы. Информация – продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Информация 1) динамика 2) адекватность методов 3) диалектич. хар-р взаимодействия (объект )данных и (субъект )методов. Предмет инф. 1) аппаратн обеспеч 2) ПО 3) средства взаимод 4) средства взаимод чел с 1 и 2. Интерфейс Задача инф. 1) архитектура сис-м 2) интерфейс 3) ПО 4) преобразование данных 5) защита инф-ции 6) автоматизация 7) стандартизация.

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 431 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Коммуникационная среда и передача данных

Компонентами любой коммуникационной сети являются сообщение, передатчик, средства передачи и приемник. Сообщение – цифровые данные определенного формата (файл базы данных, таблица, текст, изображение), предназначенные для передачи. Передатчик – устройство, являющееся источником данных. Приемник – устройство, принимающее данные (компьютер, терминал и т.д.). Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

6.2.1. Характеристики процесса передачи данных.

Процесс обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи характеризуется режимом передачи, кодом передачи и типом синхронизации.

Режимы передачи данных. Существует три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный. Симплексный режим – передача данных только в одном направлении. В вычислительных сетях практически не используется. Полудуплексный режим – когда источник и приемник попеременно меняются местами. Дуплексный режим – одновременная передача и прием сообщений. Является наиболее скоростным режимом работы.

Коды передачи данных. Кодовые комбинации могут передаваться параллельным или последовательным кодом. В первом случае каждый бит кодовой комбинации передается по отдельному проводу. При этом обеспечивается высокое быстродействие, но требуются повышенные затраты на создание физической передающей среды. В силу последнего фактора в вычислительных сетях передача параллельными кодами не используется. Во втором случае кодовая комбинация передается по одному проводу бит за битом. Это медленнее, но экономически более выгодно для передачи сообщений на большие расстояния.

Типы синхронизации данных. Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. Различаю синхронные и асинхронные процессы. Процессы называются синхронными, если один из них может начаться только после того, как полностью получит данные от другого. Асинхронными называются процессы, которые могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. В системах передачи данных эти процессы организуются следующим образом.

При синхронной передаче каждый блок информация передается в течение определенного интервала времени, по истечении которого считается, что приемник принял передаваемую информацию. Этот интервал обозначается специальными синхросимволами. В состав блока включаются также управляющие символы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды. Синхронная передача удорожает оборудование, но высокоскоростная и почти безошибочная, вследствие чего используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях.

При асинхронной передаче используется система запрос-ответ. Передатчик сообщает приемнику о своей готовности передать информацию. Если приемник готов к приему, он сообщает об этом передатчику. По завершении сеанса связи передатчик снимает сигнал извещения, а приемник – сигнал подтверждения.

Возможен асинхронно-синхронный метод, при котором передача осуществляется стартстопным способом. В этом случае каждый байт информации ограничивается стартовым и стоповым битами, которые позволяют произвести его выделение из общего потока передаваемых данных. Стартовый бит извещает приемник о начале передачи, а стоповый – о ее окончании.

Оба последних метода синхронизации снижают эффективную скорость передачи данных, но не требуют дорогостоящего оборудования, кроме того, отвечают требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

6.2.2. Аппаратные средства коммуникационной среды.

Существует два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.

При цифровом способе данные передаются в их естественном виде (1 – есть напряжение, 0 – нет напряжения) на единой частоте. При этом в каждый данный момент времени передающая среда может использоваться только двумя пользователями, причем находящимися на относительно небольшом (до 1 км) расстоянии друг от друга. В то же время цифровой способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными (до 10 Мбит/с) и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. По этим причинам цифровой способ передачи используется подавляющим числом локальных сетей.

В глобальных и региональных сетях используется аналоговый способ передачи цифровых данных. Такому способу характерна широкополосная передача за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот. При этом происходит управление (модуляция) одним из параметров синусоидального сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой или фазой. Соответствующие принципы модуляции при передаче данных в двоичном виде заключаются в следующем:

— амплитудная модуляция: 0 – отсутствие колебаний несущей частоты, 1 – наличие колебаний несущей частоты;

— частотная модуляция предусматривает передачу 0 и 1 на разной частоте несущего сигнала;

— фазовая модуляция: при переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 меняется фаза несущего сигнала.

Согласование внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи, выполняют устройства, называемые сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Кроме одноканальных адаптеров используются мультиплексоры – устройства сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.

Преобразование потока битов в аналоговые сигналы и обратно выполняет специальное устройство – модем (модулятор-демодулятор).

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связи. В целях их экономии используют коммутацию нескольких внутренних каналов связи на один внешний. При этом информация каждого внутреннего канала передается во внешнем канале на отдельной частоте. Для выполнения этих функций служат специальные устройства – концентраторы.

В локальных вычислительных сетях, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются повторители. Повторитель – устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

6.2.3. Характеристики коммуникационной сети.

Для оценки качества коммуникационной сети можно использовать следующие характеристики:

— скорость передачи данных по каналу связи. Зависит от типа и качества канала связи, используемых модемов и принятого способа синхронизации. Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300 – 9600 бит/с, а для синхронных – 1200 – 19200 бит/с;

— пропускная способность оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени (секунду). Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от способа передачи, качества канала связи, условий его эксплуатации и структуры сообщений;

— надежность определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика более эффективна.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Коммуникационная среда и передача данных

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Содержание:

Коммуникационная среда и передача данных

1.1 Назначение и классификация компьютерных сетей…..3

1.2 Характеристика процесса передачи данных…………. 9

1.3 Аппаратная реализация передачи данных……………..13

1.4 Звенья данных……………………………………………. 20

Архитектура компьютерных сетей

2.1 Эталонные модели взаимодействия систем………….24

2.2 Протоколы компьютерной сети……………………….28

Локальные вычислительные сети

3.1 Особенности организации ЛВС…………………………32

3.2 Типовые топологии и методы доступа ЛВС………….35

3.3 Объединение ЛВС…………………………………………40

Глобальная сеть Internet

4.1 Представление о структуре и системе адресации…. 43

4.2 Способы организации передачи информации………….46

Локальная вычислительная сеть Novell NetWare

5.1 Варианты реализации ЛВС Novell……………………. 52

5.2 Характеристика сетевой операционной системы NetWare………………………………………………………….55

5.3 Назначение основных команд NetWare…………………62

5.4 Организация защиты сетевых ресурсов в NetWare…. 65

Современные информационные системы продолжают возникшую в конце 70-х гг. тенден­цию распределенной обработки данных. Начальным этапом развития таких систем явились многомашинные ассоциации — совокупность вычислительных машин различной произво­дительности, объединенных в систему с помощью каналов связи. Высшей стадией систем распределенной обработки данных являются компьютерные (вычислительные) сети различ­ных уровней — от локальных до глобальных.

Пользователи локальных вычислительных сетей (ЛВС) получают доступ к сетевому ресурсу файл-сервера с рабочих станций. Работа в многопользовательской системе требует выполнения определенных правил. В первую очередь это касается организации защиты пользовательских каталогов и файлов в сети, которая представляет собой систему коллек­тивного доступа к некоторому разделяемому ресурсу (жесткий магнитный диск, принтер и плоттер)

Цель главы — изложить главные принципы построения и функционирования компьютерных (вычислительных) сетей, познакомить с основами работы в ло­кальной компьютерной сети Novell NetWare и с возможностями, предоставляе­мыми глобальной сетью Internet.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ

СЕТЕЙ

Обобщенная структура компьютерной сети

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Выделим ос­новные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса.

Первое отличие — размерность. В состав многомашинного вычислительного ком­плекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, располо­женных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров.

Второе отличие — разделение функций между ЭВМ. Если в многомашинном вы­числительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления систе­мой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ.

Третье отличие — необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообще­ний. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным ма­ршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого эле­мента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминоло­гии.

Абоненты сети — объекты, генерирующие или потребляющие информа­цию в сети.

Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, про­мышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция — аппаратура, которая выполняет функции, связанные с переда­чей и приемом информации.

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда — линии связи или пространство, в кото­ром распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи дан­ных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети. Обобщенная структура компьютерной сети приведена на рис.6.3.

Рис. 6.3. Обобщенная структура компьютерной сети

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Режимы передачи данных

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

Передатчик — устройство, являющееся источником данных.

Приемник— устройство, принимающее данные.

Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.

Сообщение — цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи.

Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение.

Средства передачи — физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы ка­налов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные ка­налы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

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

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

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

Симплексный режим — передача данных только в одном направлении.

Примером симплексного режима передачи (рис. 6.5) является система, в которой ин­формация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычисли­тельных сетях симплексная передача практически не используется.

Полудуплексный режим — попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами (рис. 6.6).____

Яркий пример работы в полудуплексном режиме — разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.

Дуплексный режим — одновременные передача и прием сообщений.

Дуплексный режим (рис. 6.7) является наиболее скоростным режимом работы и позво­ляет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима — телефонный разговор.

Рис. 6.5. Симплексный режим передачи

Рис. 6.6. Полудуплексный режим передачи

Рис. 6.7. Дуплексный режим передачи

Коды передачи данных

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

Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код ASCII, принятый для обмена информацией практически во всем мире (отечественный аналог — кодКОИ-7).

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

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

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

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

Типы синхронизации данных

Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привяза­ны к определенным временным отметкам, т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называют­ся синхронными.

В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки и они могут вы­полняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называют­ся асинхронными.

Синхронизация данных — согласование различных процессов во вре­мени. В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный.

При синхронной передаче (рис. 6.8) информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передаю­щей среды, и символы, позволяющие обнаруживать ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последо­вательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму форми­руется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают — ошибок нет. Блок данных принят. Если же последова­тельности не совпадают — ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии.

Рис. 6.8. Синхронная передача данных

Синхронная передача — высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях. Синхронная передача тре­бует дорогостоящего оборудования.

При асинхронной передаче (рис. 6.9) данные передаются в канал связи как пос­ледовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последую­щей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют произвести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Дополнительные стартовые и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи данных и соответст­венно пропускную способность канала связи. В то же время асинхронная передача не тре­бует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

Рис. 6.9. Асинхронная передача данных

Аппаратные средства

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

Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечи­вает сопряжение с ЭВМ одного канала связи.

Рис. 6.11. Способы передачи цифровой информации по аналоговому сигналу:

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

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

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

Как уже говорилось ранее, для передачи цифровой информации по каналу связи необ­ходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из ка­нала связи в ЭВМ выполнить обратное действие — преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Такие преобразования выполняет специ­альное устройство — модем.

Модем — устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информа­ционных сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме в ЭВМ из канала связи.

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связи. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, ком­мутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний. Для выполнения функций коммутации используются специальные устройства — концентраторы.

Концентратор — устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частотного разделения.

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

Повторитель — устройство, обеспечивающее сохранение формы и ампли­туды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

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

ЗВЕНЬЯ ДАННЫХ

Понятие звена данных

Пользователи вычислительных сетей работают с прикладными задачами, расположенными на абонентских ЭВМ, либо имеют доступ к сети с терминалов. Абонентские ЭВМ и терми­налы объединяются понятием оконечное оборудование данных (ООД). Для ра­боты друг с другом абоненты вычислительной сети должны быть соединены каналом связи и между ними должно быть установлено логическое соединение.

Звено данных — два или более абонентов вычислительной сети, соединен­ных каналом связи.

Задача коммуникационной сети — установить звено данных и обеспечить управление звеном данных при обмене информацией между абонентами сети. Существуют два типа звеньев данных: двухпунктовые, многопунктовые. В двухпунктовом звене данных к каждой точке канала связи подключена либо одна ЭВМ, либо один терминал (рис. 6.12).

В многопунктовом звене данных к одной точке канала связи может быть под­ключено несколько ЭВМ или терминалов (рис. 6.13). Многопунктовое звено позволяет сэ­кономить на каналах связи, но требует в процессе установления связи между абонентами выполнения дополнительной процедуры идентификации абонента. В двухпунктовом звене эта процедура не нужна, так как один канал соединяет только двух абонентов.

Рис. 6.12. Двухпунктовое звено данных

Рис. 6.13. Многопунктовое звено данных

Управление звеньями данных

При организации взаимодействия между абонентами в звене данных необходимо решить проблему управления процессом обмена сообщениями.

Используются два основных режима управления в звеньях данных: режим подчине­ния, режим соперничества.

В режиме подчинения одна из ЭВМ, входящих в звено данных, имеет преимуще­ство в установлении соединения. Эта ЭВМ обладает статусом центральной и инициирует процесс обмена сообщениями путем посылки другим абонентам управляющих последова­тельностей опроса.

Применяются два типа управляющих последовательностей. Если центральная ЭВМ хочет прочитать сообщения от другого абонента, то ему передается вначале управляющая последовательность опроса. Для организации такого режима управления звеном данных ис­пользуются специальные списки опроса: либо циклический, либо открытый.

При работе с циклическим списком после опроса последнего абонента осущест­вляется автоматический переход к началу списка.

При работе с открытым списком опрос заканчивается на последнем абоненте из списка. Для перехода к началу списка необходимо выполнить дополнительную процедуру.

Режим подчинения удобен в сетях с централизованным управлением, прост в про­граммной реализации и не создает в сети ситуации столкновения запросов — одновремен­ной попытки установить связь со стороны двух абонентов. В то же время этот режим не удовлетворяет требованиям свойственного для сетей диалогового режима (посылка сообще­ний в любой момент времени любому абоненту).

Пример 6.6. С центральной ЭВМ соединены отдельными каналами связи периферий­ные ЭВМ. Обмен информацией между абонентами сети осуществляется через цент­ральную ЭВМ, которая периодически опрашивает их для получения сообщений или передает им свои сообщения. В каждый отдельный момент времени устанавливается двухпунктовое звено данных — «центральная ЭВМ — периферийная ЭВМ».

В сетях типичным режимом управления в звеньях данных является режим сопер­ничества. Он предусматривает для всех абонентов равный статус в инициативе начала обмена сообщениями. Таким образом обеспечивается высокая оперативность работы, но возникает проблема столкновения запросов в передающей среде. Если два абонента сети пытаются одновременно установить связь друг с другом, то происходит столкновение за­просов. Эту ситуацию необходимо каким-то образом разрешить. В сетях с такой дисципли­ной управления в звеньях данных вначале производится сброс состояния запроса на обеих ЭВМ, а затем посылаются повторные запросы, но с разной временной задержкой для каж­дого абонента.

Для локальных вычислительных сетей основным режимом управления в звеньях дан­ных является режим соперничества.

ПРОТОКОЛЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

Понятие протокола

Как было показано ранее, при обмене информацией в сети каждый уровень модели ВОС ре­агирует на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноимен­ными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.

Рис. 6.17. Эталонная модель для локальных компьютерных сетей

Протокол — набор правил, определяющий взаимодействие двух одно­именных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

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

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.

Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются бтандартизации протоколы трех нижних уров­ней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым техно­логиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не суще­ствует.

Основные типы протоколов

Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов каналь­ного уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориен­тированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по ин­формационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоич­ных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен,
так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом являет­ся протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разрабо­танный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и
информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных — сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр «посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются по­вторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

Примечание. Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содер­жится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).

Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие прото­кола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности — флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце — флаг закрывающий.

Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится вы­делять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производи- тельность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в со­ временных вычислительных сетях.

Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются прото­кол HDLC (High-level Data Link Control — высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитан- ции передавать в канал до трех — пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, на­пример, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.

Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management —передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЛВС

Основные топологии ЛВС

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым слу­чайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

Топология ЛВС — это усредненная геометрическая схема соединений

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Иногда для упрощения используют термины — кольцо, шина и звезда. Не следует ду­мать, что рассматриваемые типы топологий представляют собой идеальное кольцо, идеаль­ную прямую или звезду.

Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность узлов.

Узел — любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия — к шинной.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кри­вой — кабелем передающей среды (рис. 6.22). Выход одного узла сети соединяется со вхо­дом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимаю­щий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.

Рис. 6.22. Сеть кольцевой топологии

Кольцевая топология является идеальной для сетей, занимающих сравнительно не­большое пространство. В ней отсутствует центральный узел, что повышает надежность сети. Ретрансляция информации позволяет использовать в качестве передающей среды любые типы кабелей.

Последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродей­ствие, а выход из строя одного из узлов нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

Шинная топология — одна из наиболее простых (рис. 6.23). Она связана с исполь­зованием в качестве передающей среды коаксиального кабеля. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная.

Рис. 6.23. Сеть шинной топологии

Это обеспечивает высокое быстродействие ЛВС с шинной топологией. Сеть легко на­ращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть шинной топологии устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Сети шинной топологии наиболее распространены в настоящее время. Следует отме­тить, что они имеют малую протяженность и не позволяют использовать различные типы кабеля в пределах одной сети.

Звездообразная топология (рис. 6.24) базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информацион­ные потоки в сети.

Рис. 6.24. Сеть звездообразной топологии

Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспо­собность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла.

В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных.

Выбор той или иной топологии определяется областью применения ЛВС, географи­ческим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.

Назначение ЛВС

Локальные вычислительные сети за последнее пятилетие получили широкое распростране­ние в самых различных областях науки, техники и производства.

Особенно широко ЛВС применяются при разработке коллективных проектов, на­пример сложных программных комплексов. На базе ЛВС можно создавать системы ав­томатизированного проектирования. Это позволяет реализовывать новые технологии проектирования изделий машиностроения, радиоэлектроники и вычислительной техники. В условиях развития рыночной экономики появляется возможность создавать конкурентоспо­собную продукцию, быстро модернизировать ее, обеспечивая реализацию экономической стратегии предприятия.

ЛВС позволяют также реализовывать новые информационные технологии в системах организационно-экономического управления.

В учебных лабораториях университетов ЛВС позволяют повысить качество обучения и внедрять современные интеллектуальные технологии обучения.

ОБЪЕДИНЕНИЕ ЛВС

Причины объединения ЛВС

Созданная на определенном этапе развития системы ЛВС с течением времени перестает удовлетворять потребности всех пользователей, и тогда встает проблема расширения ее функциональных возможностей. Может возникнуть необходимость объединения внутри фирмы различных ЛВС, появившихся в различных ее отделах и филиалах в разное время, хотя бы для организации обмена данными с другими системами. Проблема расширения конфигурации сети может быть решена как в пределах ограниченного пространства, так и с выходом во внешнюю среду.

Стремление получить выход на определенные информационные ресурсы может потре­бовать подключения ЛВС к сетям более высокого уровня.

В самом простом варианте объединение ЛВС необходимо для расширения сети в целом, но технические возможности существующей сети исчерпаны, новых абонентов под­ключить к ней нельзя. Можно только создать еще одну ЛВС и объединить ее с уже сущест­вующей, воспользовавшись одним из нижеперечисленных способов.

Способы объединения ЛВС

Мост. Самый простой вариант объединения ЛВС — объединение одинаковых сетей в пре­делах ограниченного пространства. Физическая передающая среда накладывает ограниче­ния на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится отрезок сети — сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментов используются мосты.

Мост — устройство, соединяющее две сети, использующие одинаковые ме­тоды передачи данных.

Сети, которые объединяет мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые отличия.

Для сети персональных компьютеров мост — отдельная ЭВМ со специальным про­граммным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых операционных систем.

Мосты могут быть локальными и удаленными.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использовани­ем внешних каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одной из ЭВМ данной сети и совме­щают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

Внешние мосты предусматривают использование для выполнения своих функций отдельной ЭВМ со специальным программным обеспечением.

Маршрутизатор (роутер). Сеть сложной конфигурации, представляющая собой со­единение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого устройст­ва — отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такое устройство маршрутизатором.

Маршрутизатор, или роутер, — устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему.

Маршрутизатор выполняет свои функции на сетевом уровне, поэтому он зависит от протоколов обмена данными, но не зависит от типа сети. С помощью двух адресов — адре­са сети и адреса узла маршрутизатор однозначно выбирает определенную станцию сети.

Пример 6.7. Необходимо установить связь с абонентом телефонной сети, находящим­ся в другом городе. Сначала набирается адрес телефонной сети этого города — код города. Затем — адрес узла этой сети — телефонный номер абонента. Функции ма­ршрутизатора выполняет аппаратура АТС.

Маршрутизатор также может выбрать наилучший путь для передачи сообщения або­ненту сети, фильтрует информацию, проходящую через него, направляя в одну из сетей только ту информацию, которая ей адресована.

Кроме того, маршрутизатор обеспечивает балансировку нагрузки в сети, перенаправ­ляя потоки сообщений по свободным каналам связи.

Шлюз. Для объединения ЛВС совершенно различных типов, работающих по сущест­венно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальные устройства — шлюзы.

Шлюз — устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия.

Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от ис­пользуемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть подключить к глобальной.

Пример 6.8. Необходимо объединить локальные сети, находящиеся в разных городах. Эту задачу можно решить с помощью глобальной сети

Источник