Лекция 9
Тема: Архитектура и принципы построения сетей
1. Основные понятия и определения,
2. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (модель OSI), логическая
структура коммуникационных сетей с маршрутизацией и селекцией информации и их
компонентов, основные характеристики информационных сетей.
3. Особенности сети Internet и особенности работы с её ресурсами.
4. Роль стандартов в области телекоммуникаций, виды стандартов для
телекоммуникационных систем и сетей.
5. Организация линий связи различных сетей - магистральных, корпоративных,
локальных.
1. Основные понятия и определения,
Сеть - взаимодействующая совокупность информационных объектов с
выделенными связями между ними.
Любая сеть описывается графом. В соответствии с определением, в сети
представляются и определяются (описываются) как объекты, так и связи между ними.
Первые представляются (рис.1) вершинами графа, а вторые - ребрами (дугами)
графа. Сеть из-за ее формы иногда называют решетчатой системой.
Рисунок 1- Структура графа
В нужных случаях сеть разбивается на подсети. Создаются иерархии сетей и
иерархии подсетей. Осуществляется структуризация сетей.
Сеть, в которой маршрут передачи данных формируется узлами коммутации
именуется коммутируемой сетью.
Международной является Объединенная Информационная Сеть (ОИС).
В телекоммуникациях компьютерная сеть представляется ретрансляционными
системами и оконечными системами, соединенными друг с другом каналами.
Физическая сеть характеризуется множеством взаимодействующих друг с другом
информационных систем и соединяющих их каналов.
Логической сетью является одна либо группа физических сетей, которая
представляется пользователями как единое целое.
Возможность
совместной
работы
нескольких
сетей
называют
интероперабельностью. Устройство, соединяющее компьютер с сетью, именуется
сетевым адаптером.
Время распространения сигнала, который передает через сеть блоки данных
называется сетевой задержкой.
В нужных случаях сеть разбивается на подсети. Создаются иерархии сетей и
иерархии подсетей. Осуществляется структуризация сетей. Сеть, в которой маршрут
Существует (рис. 2) два класса сетей: сети с маршрутизацией данных ―
коммутируемые сети и сети с селекцией данных ― коммутируемые сети.
Рисунок 2- Классификация сетей
В зависимости от покрываемой территории различают локальные сети,
региональные сети, глобальные сети. Глобальные сети, состоящие из групп
взаимодействующих друг с другом региональных сетей, называют метасетями.
В зависимости от того, где находятся их ретрансляционные системы, различают
наземные сети, стратосферные сети и спутниковые сети.
Среди глобальных и территориальных сетей
чаще всего встречаются
комбинированные сети. Особо выделяют стационарные сети и мобильные сети.
Различают два понятия сети: сеть передачи данных и информационная сеть.
Синей окантовкой на рисунке 1 выделены системы, входящие в одну, а лиловой - в
другую информационную сеть.
Сеть передачи данных (data network)
Сеть, основной задачей которой является передача данных.
Сеть передачи данных, именуемая также коммуникационной сетью, создается на
основе первичной сети и является ядром информационной сети, обеспечивающим
передачу и некоторые виды обработки данных. Задачей сети передачи данных является
доставка адресатам блоков данных, которые при этом не должны терять своей
целостности, доставляться без ошибок и искажения. Важными в сети являются также
операции по предотвращению перегрузок, больших очередей и переполнения буферов
систем. С этой целью происходит управление потоком. На базе одной сети передачи
данных можно создать несколько информационных сетей.
Современная сеть передачи данных характеризуется (рис.3) иерархией структуры.
В ее ядре располагается базовая подсеть.
Рисунок 3- Иерархия сетей передачи данных
Она обладает большой пропускной способностью и предназначена для обеспечения
транзитных подсетей. Последние работают со средними скоростями. К транзитным
подключаются оконечные подсети. Их задачами является соединение основной массы
оконечных систем с сетью передачи данных. Соответвенно этому, большие сети строятся
в виде ассоциаций, которые состоят из трех видов сетей: базовых сетей, транзитных сетей
и оконечных сетей. Появились многопротокольные транспортные сети. Их создание
требует больших вложений капитала. Однако затраченные средства быстро окупаются
гибкостью работы этих сетей. Высокие скорости обеспечивают сети ретрансляции кадров.
Высокие скорости обеспечивают сети ретрансляции кадров.
Соответственно типам передаваемых сигналов различают (рис.4) аналоговые сети и
цифровые сети.
Рисунок 4 – Типы сетей передачи данных
Требования повышения надежности и увеличения пропускной способности сети
передачи данных привели к необходимости перехода на цифровые сети.
В зависимости от покрываемого пространства образуются локальные сети,
региональные сети и глобальные сети. Примером последней является сеть Internet. Кроме
этого выделяют кабельные сети и беспроводные сети, в том числе ― мобильные сети.
Появились интеллектуальные сети.
Базой сетей передачи данных являются физические средства соединения. В их
качестве выступают различные типы каналов. Сеть характеризуется важным параметром,
называемым трафиком данных. Необходимость увеличения пропускной способности
приводит к изменениям в технологиях коммутации данных. Мультисервисные сети идут
на смену специализированным.
Мультисервисная сеть (multiservice network) - сеть передачи данных,
обеспечивающая передачу любых типов данных: текстов, изображений, звука.
Переход от использования при передаче информации аналоговых сигналов к
цифровым сигналам открыл возможность создания единых форматов представления
любых типов данных. Это позволило разработать общие для них протоколы и направлять
данные от отправителя к получателю, используя одно и то же оборудование и каналы. На
этой основе созданы единые прикладные службы, предоставляющие разнообразные
услуги пользователям. В результате уменьшилась стоимость передачи данных, и возросли
надежность и качество этой передачи.
Создание мультисервисных многофункциональных сетей приводит к постепенной
ликвидации специальных - телефонных сетей и телевизионных сетей.
Главной задачей информационной сети является обработка данных. На базе сети
передачи данных может быть построена не только одна, но и (рис.2) группа
информационных сетей.
Рисунок 5 - Типы систем
В информационных сетях выделяются (рис.5) следующие типы систем:
абонентские системы;
оконечные системы.
Рисунок 6 – Виды информационных систем
Виды систем (рис.6) крайне разнообразны, но все они обладают избыточностью
ради надежности. Распределение ресурсов системы осуществляет программа- диспетчер.
Замки обеспечивают синхронизацию процессов и устраняют ситуации, когда последние
блокируют друг друга. Связь с программами, находящимися в других системах,
происходит через физические средства соединения.
Доступ пользователей к прикладным программам осуществляется с помощью
терминалов. Последние нередко считаются частью информационной системы. Важные
функции возлагаются на периферию. В частных случаях некоторые части системы могут
отсутствовать. Создаются прототипы. Важными характеристиками системы являются ее
избыточность, готовность к работе и режим работы.
Организации, занимающиеся синтезом информационных систем, именуются
интеграторами. В каждую информационную систему могут входить компьютеры
различной производительности, от микрокомпьютеров до суперкомпьютеров.
Любая из этих систем, имея блочную структуру, с одной стороны, образует
автономное целое, а, с другой стороны, она является частью информационной сети.
Соединение частей системы и подключение к ней вспомогательных устройств
осуществляется при помощи станций либо адаптеров.
Система, основные ее компоненты, принципы взаимодействия этих компонентов
определяются ее архитектурой. Важное значение в системе имеют ее ресурсы, устройства
ввода/вывода, возможность разделения времени и использование различных источников
питания.
Открытая система и система реального времени являются понятиями,
определяющими модель информационной системы с точки зрения ее функционирования в
сети.
Создание новых систем является сложной задачей, требующей времени и большого
вклада интеллектуального труда разработчиков. В этой связи ведутся разработки
многоцелевых языков, обеспечивающих моделирование, проектирование, отладку и
верификацию новых систем. Важной характеристикой системы являются интерфейс
пользователя, прикладной и аппаратный интерфейс
Архитектура - концепция, определяющая структуру и взаимосвязь компонентов
сложного объекта.
Объектом может быть сеть, система, банк данных, прикладной процесс либо другое
многокомпонентное образование. Архитектура определяет модель объекта, описывая
основные функции, выполняемые его компонентами. Она охватывает логическую и
физическую структуры, а также принципы функционирования объекта. Особо выделяются
задачи управления объектом, надежность работы, безопасность данных. При
рассмотрении архитектуры принимаются решения о формах реализации функциональных
блоков - в виде устройств либо программ. В информатике и телекоммуникациях
архитектура рассматривается с точки зрения потоков обрабатываемых или передаваемых
данных.
Процесс перехода от одной архитектуры к другой называют миграцией. В сети
Internet функционирует комиссия по архитектуре Internet.
Архитектура сети определяет основные элементы сети, характер и топологию
взаимодействия этих элементов. Она показывает также логическую, функциональную и
физическую структуры аппаратного обеспечения и программного обеспечения сети.
Кроме этого, все шире используются смешанные архитектуры, в которых объединяются
указанные выше элементы.
Архитектура системы описывает методы кодирования, определяет также
интерфейсы пользователя с системой.
Важное значение имеет архитектура безопасности данных. базовая эталонная
модель взаимодействия открытых систем играет первостепенную роль в создании
архитектуры информационных сетей.
Широкую известность получили сетевые архитектуры, предложенные различными
предприятиями.
Архитектура клиент-сервер (Client-Server Architecture (CSA))
Архитектура сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах,
обслуживающих своих клиентов.
Как следует из названия, архитектура CSA определяет (рис.0195) два типа
взаимодействующих в сети компонентов: серверы и клиенты. Каждый из них
определяется комплексом взаимосвязанных прикладных программ. Серверы
предоставляют ресурсы, необходимые многим пользователям. В число этих ресурсов, в
первую очередь, входят базы данных, файлы, память. Клиенты используют эти ресурсы и
предоставляют удобные интерфейсы пользователя.
В современной архитектуре выделяют четыре группы объектов:
клиенты,
серверы,
данные,
прикладные службы.
Клиенты располагаются в системах, находящихся на рабочих местах
пользователей.
Данные, в основном, хранятся в серверах.
Прикладные службы являются совместно используемыми прикладными
программами, которые взаимодействуют с клиентами, серверами и данными. Кроме этого
службы управляют процедурами распределенной обработки данных, информируют
пользователей о происходящих в сети изменениях.
Архитектура клиент-сервер постепенно превращается в архитектуру клиент-сеть,
в которой используется не один, а множество серверов. Например, в сети Internet их сотни
тысяч. Стремление дать возможность работы в сети клиентам, созданным различными
производителями, привело к возникновению новой архитектуры. В этой архитектуре
операционная система клиента должна удовлетворять ряду новых требований:
уменьшение числа функций, выполняемых клиентом, за счет передачи их
серверам;
обеспечение динамической загрузки прикладных программ с серверов в
среду клиентов;
предоставление администраторам возможности управления клиентами
различных типов.
Развитие рассмотренных архитектур, появление программ, образующих
промежуточный уровень, привело к созданию тонких клиентов. Это позволяет
значительно снизить стоимость персонального компьютера, реализующего технологию
тонкого клиента.
Наиболее простой является двухслойная архитектура. Здесь клиенты выполняют
простые операции обработки данных, отрабатывают интерфейс взаимодействия с
сервером, обращаются к нему с запросами. Большую же часть задач обработки выполняет
сервер. Для этих целей он имеет базу данных.
Усложнение прикладных программ привело к специализации серверов. В
результате наряду с двухслойной архитектурой клиент-сервер, появилась
многослойная.
Простейшая среди них - трехуровневая. В этой архитектуре вместо единого
сервера применяются серверы приложений и серверы баз данных. Их использование
позволяет резко увеличивать производительность сети. В оконечную систему, в
зависимости от ее производительности, загружается клиент, сервер либо сервер с группой
клиентов.
В многослойных архитектурах используются тонкие клиенты. Это связано с
тем, что значительная часть задач, которые обычный клиент выполняет в двухслойной
архитектуре, перенесена в сервер приложений. У клиента здесь главным образом остались
задачи управления интерфейсом пользователя и связью с сервером приложений.
Прикладные программы, как правило хранятся на серверах.
Многослойная архитектура позволяет не только снизить стоимость клиентов, но и
упрощает модернизацию процесса обработки данных, ибо при этом клиенты могут
оставаться без изменений. Кроме этого здесь легко осуществляется масштабирование
средств обработки данных. Для этого необходимо лишь изменять число серверов.
На базе архитектуры клиент-сервер создаются различные формы обработки в
системе клиент-сервер.
Архитектура тонкий клиент-сеть (thin client-network architecture)
Рассматриваемая архитектура основана на использовании очень простых
персональных компьютеров, как правило, не имеющих собственной внешней памяти.
Например, дисководов. В эти компьютеры загружаются тонкие и даже сверхтонкие
клиенты. Вся необходимая пользователям информация обрабатывается на серверах сети.
Без сети рассматриваемые клиенты работать не могут.
Диапазон возможностей клиентов может быть различным. При использовании
относительно мощных персональных компьютеров последние получают от серверов
операционные системы, прикладные программа и осуществляют часть обработки данных.
Другая крайность - клиент передает серверам только такие действия, как нажатие клавиш
на клавиатуре, щелчки и передвижение указателя мыши. Все остальное делают серверы.
Сервер для каждого клиента создает индивидуальную структуру работы с ним.
Технология тонких (и сверхтонких) клиентов дает пользователям ряд важных
преимуществ. При ее использовании появляется возможность:
решения сложных задач на старых и «слабых» моделях персональных
компьютеров;
приобретения простых и дешевых персональных компьютеров;
работы с любыми ресурсами сети;
использования прикладных программ, которые не нужно покупать;
защиты от компьютерных вирусов с помощью серверов;
хранения информации на серверах, что облегчает обеспечение безопасности
данных.
Взаимодействие тонких клиентов с серверами определяется протоколами,
предложенными рядом разработчиков. Например, «протокол удаленного рабочего стола»
RDP.
Архитектура Internet (Internet architecture)
Архитектура, в соответствии с которой построена сеть Internet
Рисунок 7 – Иерархия сетей Internet
Internet, праобразом которого была сеть ARPANET, имеет (рис.7) трехслойную
структуру, отличающуюся различными скоростями передачи данных. Базовая сеть
использует оптические каналы. К ней подключены региональные сети, в свою очередь
обеспечивающие взаимодействие с локальными сетями.
Рисунок 8 – Точка входа в сеть
Между тем началось использование новой архитектуры, выделяющей (рис.8) в
базовой сети совокупность «точек входа в сеть» NAP.
Эти
центры
обеспечивают
взаимодействие
широкополосных
сетей,
принадлежащих различным организациям и образующим базовую сеть. Набор сведений,
определяющих реквизиты объектов Internet, называется унифицированным указателем
ресурсов URL. Архитектура Internet разрабатывается организацией, именуемой
глобальный межсетевой проект.
В Internet (рис.9) на сетевом уровне функционирует межсетевой протокол IP, а на
транспортном уровне чаще всего используется протокол управления передачей TCP,.
Рисунок 9 – Протоколы сети Internet
Для работы по коммутируемым каналам также используется протокол датаграмм
пользователя UDP. Эти протоколы представляют программный интерфейс для протоколов
верхних уровней.
Разработкой стандартов для сети занимаются общество Internet, комиссия по
архитектуре Internet и техническая рабочая группа Internet IETF. Важное значение имеют
адреса Internet.
В 1986 году Национальный научный фонд США начал создавать основные
магистральные коммуникационные услуги для Internet. Благодаря этому передача данных
перешла в гигабитовый диапазон. В магистралях последней устанавливаются
специальные устройства, называемые защитными стенами. Они проверяют полномочия
прикладных программ на прием и передачу данных. Важное значение в сети имеет
«открытый протокол службы каталогов» LDAP, предложенный корпорацией Netscape. Эта
прикладная служба каталогов позволяет унифицировать процедуры доступа к
разнообразным каталогам сети.
Развитие Internet и увеличение в ней скоростей передачи данных привели к
возможности работы в режиме реального времени. Наибольшее признание в этой области
получила архитектура Live_Media. Разработанный в рамках этой архитектуры «протокол
реального времени» RTP используется многими потребителями. Передача в режиме
реального времени позволила создать ряд новых прикладных служб. Прежде всего, к ним
относятся телефония и видеоконференции. С другой стороны, успехи Internet привели к
использованию ее архитектуры для создания сетей предприятий, именуемых интрасетями.
Программы, составленные в соответствии с требованиями всемирной сети, делают
навигацию по Internet простой и удобной. Эти программы принимают заказы
пользователей и обеспечивают сканирование по сети в поисках необходимой
информации. Помощь в этом оказывает «центр координации средств поиска и получения
сетевой информации» CNIDR.
Архитектура цифровой сети (Digital Network Architecture (DNA))
Архитектура полного функционального профиля, предложенная корпорация DEC.
DNA, как и базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем,
определяется (рис.10) семью уровнями области взаимодействия.
Рисунок 10 – Протоколы DNA
Рассматриваемая архитектура DEC появилась ранее базовой эталонной модели.
Поэтому названия уровней и выполняемые ими функции не совсем соответствуют
указанной модели.
Полный функциональный профиль DNA определяет концепцию создания
информационной сети, в которую входят различные типы систем, производимых
предприятием. При этом учитывается, что системы работают под управлением разных
операционных систем. Первая версия профиля под названием «сеть корпорации
цифрового оборудования» DECnet появилась в 1974÷75 годах. Затем были опубликованы
последующие версии, DEC уточнила (рис.11) функции, выполняемые уровнями.
Рисунок 11- Функция уровней DNA
Кроме этого создано большое число разнообразных прикладных служб. В
последние годы DEC предлагает DNA, которая включает протоколы Международной
Организации по Стандартизации (МОС), рекомендации Международного Союза по
Электросвязи (МСЭ) и стандарты сети Internet.
Архитектура DNA определяет, что любая ее система может выступать в роли
оконечной системы, узла коммутации либо того и другого. В последнем случае система
выполняет функции коммутации, маршрутизации и прикладные процессы для нужд
пользователей.
Имея такое комплексное программное обеспечение, система DNA определяет
(рис.12) три способа передачи данных.
Рисунок 12 – Функциональные модули DNA
Первый из них, «протокол сетевого сервиса» NSP, разработан DEC. Он
прокладывает логические каналы через сеть передачи данных, управляет потоками
данных, обеспечивает сквозной контроль ошибок, выполняет сегментацию и сборку
блоков данных. Второй способ описывается протоколами сетевого и транспортного
уровней МОС. Третий способ связан с передачей датаграмм, определяемой протоколом
управления передачей и межсетевым протоколом.
DNA поддерживает передачу, доступ и управление файлами, систему обработки
сообщений и ряд других прикладных служб MOC.
Теговая архитектура (tagged architecture)
Архитектура, в которой используются теги - метки, используемые в документах
для идентификации данных и управления ими - определяющие множество выполняемых
операций и способов их выполнения.
Тег состоит из одного либо группы символов, добавляемых к набору данных для
обеспечения его идентификации. На этой основе создана теговая архитектура. Ее
сущность состоит в том, что за словами закрепляются избыточные биты, предназначенные
для обозначения типов данных или выполняемых функций. Благодаря этому, появляется
возможность определения операций и способов их выполнения. Результатом этого
является защита памяти, выделения в ней различных областей. Например, «только для
использования», когда данные выдаются лишь при выполнении команды процесса
обработке данных.
С помощью тегов можно также осуществлять сортировку данных. В
гипертекстовом языке разметки теги используются в качестве начальных и конечных
ограничителей предлагаемых гиперссылок. Важную роль теги играют в так называемой
самоидентификации. Она связана с расстановкой тегов, являющихся идентификаторами,
которые указывают тип данных и их статус. Эти теги используется для управления
процессом обработки данных.
Теги в текстах выделяются угловыми скобками и могут содержать параметры:
Тег дает программе просмотра команду показа на экране идентифицируемого
элемента.
2. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (модель OSI), логическая
структура коммуникационных сетей с маршрутизацией и селекцией информации и
их компонентов, основные характеристики информационных сетей.
Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (open systems
interconnection basic reference model) - концептуальная основа, определяющая
характеристики и средства открытых систем.
Рисунок 13 – Логическая структура информационной системы.
Рассматриваемая модель определяет (рис.13) методологию Взаимодействия
Открытых Систем (ВОС), обеспечивающую работу в одной сети информационных
систем, выпускаемых различными производителями. Поэтому она выполняет для них
координирующие действия по:
взаимодействию прикладных процессов;
формам представления данных;
единообразному хранению данных;
управлению сетевыми ресурсами;
безопасности данных и защите данных;
диагностике программ и технических средств.
Модель разработана Международной Организацией по Стандартизации (МОС) и
широко используется во всем мире как основа концепций информационных сетей и их
ассоциации. На базе этой модели описываются правила и процедуры передачи данных
между открытыми системами. Рассматриваемая модель также определяет структуру
открытой системы и комплексы стандартов, которым она должна удовлетворять.
Основными элементами модели являются прикладные процессы, уровни, объекты,
соединения, физические средства соединения.
Идеи, заложенные в модели, получили широкое международное признание. В
различных странах и регионах создаются организации, которые проводят работы,
связанные с созданием сетей, реализующих эту модель
В модели OSI (рис. 13) средства взаимодействия делятся на семь уровней:
прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и
физический. Каждый уровень имеет чело с одним определенным аспектом
взаимодействия сетевых устройств.
Физический уровень (physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим
каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, волоконнооптический кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют
отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса
пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и др. На этом же уровне
определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную
информацию, например крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока
передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь
стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.
В некоторых сетях линии связи используются (разделяются) попеременно
несколькими парами взаимодействующих компьютеров, и физическая среда передачи
может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня (data link layer) является
проверка доступности среды передачи. Другая задача данного уровня — реализация
механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне биты
группируются в наборы, называемые кадрами.
Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра,
помещая специальную последовательность бит и начало и конец каждого кадра для его
выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра
определенным способом и добавляя контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по
сети, получатель вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает
результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается
правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется
ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их
за счет повторной передачи поврежденных кадров.
Необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной
для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует.
Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token
Ring, FDDI.
В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами,
мостами, коммутаторами и маршрутизаторами.
В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями
сетевых адаптеров и их драйверов.
В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный
уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними
компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи.
Для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых
топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в
модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня — сетевой и
транспортный.
Сетевой уровень (network layer) служит для образования единой транспортной
системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать
совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и
обладать произвольной структурой связей.
На сетевом уровне сам термин «сеть» наделяют специфическим значением. В
данном случае под сетью понимают совокупность компьютеров, соединенных между
собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для
передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой
топологии.
Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным
уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и
поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в
том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер,
отличный от принятого в протоколах канального уровня.
Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми
маршрутизаторами. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной
сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество
транзитных передач между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким
образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через
которые проходит пакет.
Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения
адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути
нежелательного трафика между сетями.
Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При
организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети». В
этом случае адрес получателя состоит из старшей части — номера сети и младшей —
номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть
адреса, поэтому термину «сеть» на сетевом уровне можно дать и другое, более
формальное определение: сеть — это совокупность узлов, сетевой адрес которых
содержит один и тот же номер сети.
Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает приложениям или верхним
уровням стека — прикладному и сеансовому — передачу данных с той степенью
надежности, которая им требуется.
Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным
уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью,
возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования
нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий
транспортный протокол, а главное — способностью к обнаружению и исправлению
ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.
Сеансовый уровень (session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует,
какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства
синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи,
чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не
начинать все с начала.
На практике не многие приложения используют сеансовый уровень и он редко
реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с
функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
Представительный уровень (presentation layer) имеет дело с формой
представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За
счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной
системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы.
С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут
преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах
символов, например кодов ASCII и EBCDIC. 11 а этом уровне могут выполняться
шифрование и дешифрование данных, благодаря которым секретность обмена данными
обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является
протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями
для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.
Прикладной уровень (application layer) — это набор разнообразных протоколов, с
помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким
как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою
совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Единица
данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением
(message).
Сетезависимые и сетенезависимые уровни.
Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп:
либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к
функциям, ориентированным на работу с приложениями.
Три нижних уровня — физический, канальный и сетевой — являются
сетезависимыми, т.е. протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией
сети и используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на
оборудование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального
уровней во всех узлах сети.
Три верхних уровня — прикладной, представительный и сеансовый —
ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения
сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии
сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию.
Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию 100VG-AnyLAN не
потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции
прикладного, представительного и сеансового уровней.
Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали
функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать
приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки
сообщений. Компьютер, с установленной на нем сетевой ОС, взаимодействует с другим
компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие
компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные
устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы,
мультиплексоры.
В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только
на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост), либо на
физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень
(маршрутизатор).
В модели OSI различаются два основных типа протоколов. В протоколах с
установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и
получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые
параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После
завершения диалога они должны разорвать это соединение.
В протоколах без предварительного установления соединения (connectionless)
отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. При взаимодействии
компьютеров используются протоколы обоих типов.
Модель OSI подразумевает открытость средств взаимодействия устройств,
связанных в вычислительную сеть.
Здесь под открытой системой понимается сетевое устройство, готовое
взаимодействовать с другими сетевыми устройствами с использованием стандартных
правил, определяющих формат, содержание и значение принимаемых и отправляемых
сообщений.
Это дает следующие преимущества:
возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных
производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
возможность безболезненной замены отдельных компонентов сети другими,
более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
простота освоения и обслуживания сети.
Примером открытой системы является международная сеть Интернет. Эта сеть
развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым
системам. В разработке ее стандартов принимали участие тысячи специалистов —
пользователей этой сети из различных университетов, научных организаций и фирмпроизводителей вычислительной аппаратуры и программного обеспечения, работающих в
разных странах.
3. Особенности сети Internet и особенности работы с её ресурсами
Сеть Internet (Internet network) - международная ассоциация информационных
сетей, созданная обществом с тем же названием.
Ассоциация Internet, создана в 1986 г. Адресация в Internet осуществляется с
помощью системы доменов имен. Сеть не имеет четких границ, ибо любая сеть,
использующая межсетевой протокол, может рассматриваться как часть Internet.
Практически все региональные сети имеют выход в Internet и используют этот
протокол. Хребтом Internet является группа базовых сетей. К ним в США относятся
базовая сеть группового вещания, а в Европе - сети NORDUnet, EUROPAnet, EUNET. В
Internet работают разнообразные прикладные службы. Среди них особо выделяются
всемирная сеть, электронная почта, речевая почта факсимильная связь («протокол
факсимильной передачи через Internet» FoIP) и служба электронного распространения
программного обеспечения. Осуществляется так называемая «книжная инициатива в
режиме реального времени» OBI. Эта прикладная служба передает заказчикам через
Internet полные тексты книг с иллюстрациями. В сети выполняется коммуникационные
услуги, определенные национальным научным фондом NSF США. Internet обеспечивает
рассылку сообщений по групповым адресам сети.
Широкополосные каналы и высокие скорости коммутации блоков данных
возволили начать в Internet интеграцию компьютеров с телефонными аппаратами,
предоставление телефонии IP, телевидения Web и пакетное радио. Эта работа ведется в
двух направлениях. Во-первых, абонентские системы доукомплектовываются
микрофонами и динамиками. Во-вторых, появились телефонные аппараты с такими
интерфейсами, которые позволяют включать эти аппараты в сеть Internet.
Для того, чтобы уменьшить стоимость абонентских систем, созданы телевизионные
приставки. Они превращают телевизоры в простые абонентские системы Internet. Все
шире используются сетевые компьютеры.
В Internet десятки университетов и колледжей предлагают сотни курсов обучения,
передаваемых по сети. Появились даже виртуальные университеты, виртуальные
колледжи.
Вначале сеть Internet использовалась лишь в научных целях. Теперь все шире она
применяется и для предпринимательства. Для осуществления финансовых расчетов через
Internet предложен стандарт защищенных электронных трансакций. Он обеспечивает
надежные коммерческие операции в Internet с виртуальными карточками. В реальном
времени осуществляются также обработка чеков, обслуживание банкоматов. Через Internet
многочисленные организации предоставляют свои базы данных и базы знаний, а также
разнообразные виды услуг, например проверяемое программное обеспечение.
Все чаще Internet используется в качестве платформы создания глобальных
виртуальных сетей. Например корпорация General_Electric создала «сеть торговых
процессов» TPN.
Сеть Internet характеризуется:
архитектурой Internet,
межсетевым протоколом/
В сети созданы и функционируют:
виртуальные банки;
виртуальные библиотеки;
виртуальные казино;
виртуальные колледжи;
виртуальные магазины;
виртуальные университеты.
Все большее значение в Internet приобретает беспроводное расширение сети. Для
резкого увеличения пропускной способности разрабатываются проекты сети Super-Internet
и сети Internet2. Концепция развития Internet разрабатываются организацией, именуемой
глобальный межсетевой проект.
Сеть характеризуется большим набором услуг Internet.
Всемирная сеть (World-Wide-Web (WWW)) - виртуальная сеть, образованная
глобальной гипертекстовой системой доступа в базы данных сети Internet.
World-Wide-Web именуется также всемирной паутиной либо просто паутиной и
сокращенно обозначается WWW либо Web. Ее моделью является концепция
сверхбольшой ассоциации баз данных. Последние являются блоками информации,
образующими в сети Internet гиперсреду, в которой они ассоциативно связаны друг с
другом. Документы содержат разнообразные объекты: тексты, звук, изображения. В сети
все шире используются порталы и сайты.
Фундаментом всемирной сети являются:
архитектура клиент-сервер;
гипертекстовый язык разметки HTML;
межсетевой протокол IP;
общий шлюзовый интерфейс CGI;
гипертекстовый протокол передачи HTTP;
унифицированный указатель ресурсов URL.
Рисунок 14 –Структура взаимодействия
Общая структура взаимодействия в Web включает (рис.14) сложную систему
программ и баз данных. Программы 1 обеспечивают взаимодействие серверов Web с
серверами, работающими по другим протоколам. Программы 2 принимают задания
сервера Web на различные действия: выдачу текущей даты, времени, проведение расчетов
и т.д
Сеть Web разработана в 1991 году в European_Particle_Physic_Laboratory (Женева).
Ее основная идея заключается в создании большого графа, вершинами которого являются
документы гипертекста, а слова и фразы в документах определяют их взаимосвязь. В
результате, документы, располагаются в многочисленных базах данных серверов и их
ассоциативные связи образуют в Internet паутину перекрестных ссылок друг на друга.
Интерфейс прикладных программ в Web определяет универсальный интерфейс шлюзов.
Все базы данных, входящие в Web, имеют единый графический интерфейс пользователя,
разработанный в США «национальным центром суперобработки прикладных программ»
NCSA. Стандарты для Web разрабатывает консорциум всемирной сети.
Рисунок 15 –Структура всемирной сети
Всемирная сеть состоит (рис.15) из трех основных компонентов: программ
просмотра Web (броузеров), сети передачи данных, использующей межсетевой протокол
и серверов Web. В сети работают поисковые службы.
По-существу всемирная сеть является собранием взаимосвязанных электронных
документов, находящихся в серверах Web, расположенных во всех странах мира. Для
обеспечения передачи этих документов по сети используется межсетевой протокол.
В соответствии с протоколом HTTP выполняются две процедуры передачи данных:
посылка заявки программой просмотра серверу;
передача электронного документа из сервера программе просмотра.
Создание всемирной сети привело к тому, что в Internet информация стала товаром,
предоставляемым серверами Web. Созданная сеть, используя коммутацию Web,
эффективно функционирует, работая с большим числом пользователей. Рассматриваемая
сеть также предоставляет разнообразные услуги.
Рисунок 16 –Схема предоставления услуг
Архитектура предоставления услуг имеет (рис.16) четыре уровня, каждый из
которых выполняет возложенные на него задачи. На нижнем уровне (представления
данных) находятся персональные компьютеры. Уровень данных и услуг образуют
системы исполнения заказов, складского учета, работы с финансами и т.д. Технология
Web все шире используется в системах «управления работой предприятия на основе
технологии всемирной сети» WBEM
Сеть также сообщает о новостях, дает сведения по различным вопросам науки,
искусства, техники, производства, торговли. Кроме этого она обеспечивает рекламу
продукции и предоставляемых различными организациями видов услуг.
Web дает широкие возможности оформления адресуемых страниц, документов,
выделяя ассоциативные ссылки различными видами шрифтов и цветом записанных слов.
С сетью Web взаимодействуют персональные компьютеры и терминалы Web.
В соответствии со стандартами Web разработаны прикладные программы для
клиентов, которые позволяют предприятиям и организациям по-новому осуществлять
хранение, поиск и передачу имеющихся у них уникальных комплексов документов.
Важными компонентами работы с Web, являются:
программа просмотра;
программа просмотра Acrobat;
программа просмотра Mosaic;
программа просмотра Navigator;
страница Web.
Специальные программы, используя мобильных агентов, обеспечивают навигацию
по сети Internet.
Большое внимание в сети Web уделяется проблеме применения различных
естественных языков. Например:
многоязычный вариант программы просмотра Mosaic, который позволяет увидеть
текст страницы Web на нужном языке;
создание страниц Web на различных языках;
поддержка десятков языков.
Для нахождения информации в Web используются поисковые серверы. Все файлы
передаются в сжатом виде.
Электронная почта (electronic mail) - средства передачи сообщений между
пользователями без использования бумажного носителя.
Сообщения отправляются по адресам электронной почты. Почта играет важную
роль во взаимодействии предприятий, организаций, людей. Существует также анонимная
почта. Электронная почта предназначена для автоматизации передачи между
пользователями любых сообщений, включающих документы, тексты, речь, изображения.
Развитие технологии электронной почты привело к расширению видов ее услуг, в
перечень которых входят:
временное хранение;
извещения о недоставленных сообщениях;
информирование адресатов о поступивших для них сообщениях;
многоадресная доставка;
передача сообщений адресатам, не имеющим персональных компьютеров (при
помощи доставки почтальонами);
предоставление каталога адресатов;
проверка полномочий пользователей;
речевое извещение;
список рассылки;
срочная и несрочная доставка;
электронная почтовая рассылка;
Передача сообщений электронной почтой может осуществляться через сеть
передачи данных любого типа. Единицей информации, посылаемой при помощи
электронной почты, является сообщение. Под ним понимается любая информация,
имеющая структуру, определяемую электронной почтой. К этим требованиям, чаще всего,
относятся правила адресации, предельные размеры, величина страницы, используемые
символы, их форма.
Выделяют пять видов сообщений:
тексты,
мозаичная графика,
геометрическая графика,
многотоновые изображения,
речь.
Первый вид называется телетексом. Он предназначен для передачи документов,
содержащих только тексты. Три вида почты охватывают разновидности видеотекса,
обеспечивающего передачу изображений и текстов. В четвертом изображение становится
многотоновым, что позволяет передавать рисунки и фотографии. Последний вид
представлен речевой почтой.
Основными функциями почты являются:
ввод документов в систему и вывод документов;
передача документов в почтовые ящики пользователей и обмен ими между
ящиками;
проверка и исправление ошибок, возникших при передаче;
присылка подтверждений о доставке документов;
рассылка документов по спискам адресов;
изменение адресов.
Речевая почта (voice mail) - вид электронной почты, предназначенный для
передачи речевых сообщений.
Слияние телефонной сети с другими типами сетей передачи данных привело к
появлению новых прикладных служб. Речевая почта, именуемая также телефонной
почтой, обеспечивает монолог, передавая речь в виде сообщений, которые до их
востребования хранятся в памяти систем.
Речевая почта, именуемая также телефонной почтой, записывает речевые
сообщения для последующей их выдачи адресатам. Для этого в оконечных системах
предоставляются зоны памяти, именуемые почтовыми ящиками. Работает почта
следующим образом. абонент почты набирает на телефонном аппарате либо другом типе
оконечной системы номер службы телефонии. После речевого ответа службы абонент
набирает номер своего почтового ящика и пароль. Затем, он диктует телефонограмму. Это
сообщение хранит и передает речевая почта, а выслушивает получатель. Кроме этого
речевая почта обеспечивает:
рассылку речевых сообщений группам абонентов;
рекламу и справочное оповещение;
сбор объявлений, мнений;
проведение телеконференций;
хранение речевых сообщений.
Создание речевой почты стало возможным при появлении систем, снабженных
микрофонами и динамиками. В отличие от обычной телефонии, речевая позволяет
передавать речевые сообщения отсутствующим у рабочих мест партнерам. Речевые
сообщения становятся такими же документами, что и бумажные. Подлинность этих
сообщений определяется путем анализа речи, имеющей, как и отпечатки пальцев,
уникальные характеристики.
Передача речевых сообщений, в отличие от обычных, очень проста, ибо нет
необходимости в использовании клавиатуры или светового пера. Вместе с этим она
требует аналого-цифрового преобразования перед и цифро-аналогового преобразования
после передачи сообщения. Кроме этого из-за большого объема речевых сообщений
необходимо осуществление сжатия данных.
Телефония IP IP telephony - пакетная телефония, осуществляемая в сети Internet
на основе межсетевого протокола.
Tелефония IP определяет «речь с использованием межсетевого протокола» VOIP.
По сравнению с обычной телефонией характеризуется очень низкой стоимостью.
Телевидение Web (Web-television) - пакетное телевидение во всемирной сети.
Увеличение пропускной способности сети Internet позволило передавать через нее
движущиеся изображения. Создание же во всемирной сети баз данных, содержащих
большое число видеофильмов, потребовало использования пакетного телевидения. В
соответствии с обозначением Web оно получило название Web_TV. Для передачи
датаграмм, содержащих фрагменты видеофильма, используется межсетевой протокол.
Использование телевидения Web позволяет создавать интерактивное телевидение с
дополнениями, написанными на гипертекстовом языке разметки
Виртуальный университет virtual university - университет, подразделения
которого расположены в различных местах и связаны друг с другом информационной
сетью.
В виртуальном университете нет учебных корпусов, аудиторий, общежитий,
актовых залов. Его студенты учатся, находясь в различных географических точках у
персональных компьютеров, включенных через различные сети, в глобальную сеть.
Виртуальный университет имеет электронную библиотеку, базы данных, базы
знаний, обучающие программы, средства взаимодействия студентов с учебными
материалами и преподавателями. В соответствии с определением, виртуальный
университет является глобальным. В нем обучаются студенты, находящиеся в любых
странах. Нередко их число доходит до сотни тысяч. Функционирование виртуального
университета определяют системы дистанционного обучения.
Примерами виртуальных являются Канадский открытый университет, Голландский
открытый университет, Международный университет (США).
Сеть Super-Internet (Super-Internet network) - сверхскоростная модификация
сети Internet.
Интенсивное развитие Internet, резкое увеличение числа работающих в ней
оконечных систем, повышение их производительности привели к необходимости
коренной реорганизации и реконструкции этой глобальной сети. В результате появились
две разработки. Проект сети Internet2 предложен рядом университетов и обществ США, а
проект второй генерации Internet – правительством США и Национальным научным
фондом (США). Оба проекта поставили задачу передачи по одним и тем же каналам
любых типов данных. При этом как сказал президент США Клинтон, сеть должна
работать в 100 или 1 000 раз быстрее современной Internet.
В декабре 1997 г. в США представители 35 крупнейших организаций и
предприятий приступили к выполнению проекта Super-Internet, получившего рабочее
название Oxygen, т.е. «кислород». Это связано с тем, что сегодня сеть Internet начинает
«задыхаться» от недостаточной пропускной способности и ей нужен «кислород». В
проекте планируется прокладка оптических каналов по всем материкам, кроме
Антарктиды. Там, где это возможно, каналы будут проложены через океаны и моря. Так,
например, планируется в Европе проложить каналы, опоясывающие Балтийское,
Северное, Средиземное и Черное моря. К 2003 г. длина оптических каналов составила 275
000 км и достигла скорости передачи 1 000 Гбит/с. Высокая пропускная способность
позволяет передавать по сети международное кабельное телевидение, видеофильмы по
запросу, сюжеты виртуальной реальности, обеспечивать дистанционное обучение.
Основным протоколом передачи данных становится шестая версия межсетевого
протокола с расширенным пространством адресов.
Сеть Internet2 (Internet2 network) - новое поколение сети Internet.
Большая популярность Internet, передача по ней разнообразных типов данных, в
том числе - движущихся изображений, транспортировка блоков данных в реальном
времени, все это потребовало резкого увеличения пропускной способности. В этой связи в
Internet воплощаются новые архитектуры, позволяющие значительно увеличивать
скорость передачи данных.
Проект Internet2 или, сокращенно I2 создается «университетской карпорацией
перспективного межсетевого развития» Ucad. В число участников I2 входят Министерство
энергетики США, национальный научный фонд NSF, многочисленные исследовательские
центры университетов США. В разработке проекта и создании новой сети участвуют и
крупнейшие производители. Они рассматривают I2 как полигон испытания новых средств
скоростной передачи данных. Используется новейшая сетевая технология, связанная с
«наличием гигабитных точек», являющихся широкополосными узлами I2.
Разрабатываются также проекты сети Super-Internet, второй генерации Internet.
4. Организация линий связи различных сетей - магистральных,
корпоративных, локальных.
Каналы связи (communications channels) – это линии связи, по которым одно
сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные
виды среды передачи данных: витую пару, коаксиальный кабель, волоконную оптику,
радио- и инфракрасные волны, спутниковые линии связи. Каждый из типов каналов связи
имеет свои преимущества и недостатки. Обычно высокоскоростные каналы боле дороги,
зато по ним можно быстро передавать большие объемы данных (что снижает значение
показателя цена/бит). К примеру, соотношение цена/производительность может быть для
компании лучше в случае использования спутникового канала связи, чем при
использовании выделенной линии, если компания постоянно (100% времени) использует
спутниковую связь. Также нужно принимать во внимание, что при использовании любой
среды передачи скорость обмена данными сильно зависит от конфигурации аппаратного и
программного обеспечения.
Телефонные линии
В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный
медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может
осуществляться модемная связь. Первый тип – это каналы общедоступной
коммутируемой (dial-up) телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии. Они
медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал
соединения для каждого сеанса связи. Скорость передачи в обычных телефонных линиях
невысока, от 14 до 56 Кбит/с. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей
повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой
глобальной сети Интернет. Некоторые организации практикуют установку временной
связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных.
Другой вид телефонных линий – арендуемые, или выделенные (dedicated) линии.
От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для
организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования
выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите
связаться – у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам.
Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой
телефонной линии. Скорость передачи в выделенных линиях несколько выше – от 64 до
512 Кбит/с. Обычно владелец выделенной линии платит за ее использование некоторую
постоянную сумму. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно
только для передачи данных – для других целей, например для голосовой связи, он не
подходит.
Беспроводная связь
Беспроводные каналы связи, использующие в качестве среды передачи радио или
инфракрасные волны, не осуществляют физический контакт с передающими и
принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной
альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий,
витой пары и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства
беспроводной передачи данных – пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы
спутникового телевидения, системы микроволновой связи. К устройствам беспроводной
связи также относятся пульты дистанционного управления бытовыми устройствами и
другие системы инфракрасной (ИК) связи. Мы рассмотрим только те технологии, которые
применяются в телекоммуникационных сетях передачи данных, а именно системы
радиосвязи, спутниковой связи, а также ИК-устройства.
К системам микроволновой радиосвязи (microwave systems) относятся в
основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах
используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами.
Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что
ограничивает дальность передачи 40 – 50 километрами из-за кривизны земной
поверхности. Еще один недостаток этих систем – зависимость от погодных условий.
Спутниковые системы связи (satellite communication systems) лишены
недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы
передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве
принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники
связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на
большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших,
географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить
кабельные или радиорелейные линии связи. Например, сеть аптек Rite Aide использует
системы спутниковой связи для организации быстрой двусторонней связи между
региональными сладами и корпоративным мэйнфреймом, расположенным в Кэмп Хилле
(Camp Hill), Пенсильвания. В каждом складе установлен сервер, который обслуживает
кассовые аппараты, локальную сеть компьютеров работников аптек и менеджеров, а
также проверяет наличие необходимых препаратов и оборудования. Сервер может
связаться с мэйнфреймом через спутник для передачи отчетов о продажах, для получения
доступа к базе данных компании, для составления расписания.
В последнее время получили распространение системы доступа к Интернет,
базирующиеся на использовании систем спутниковой связи.
Обычные спутники связи находятся на стационарных орбитах на высоте примерно
35 км над Землей. Новые низкоорбитальные спутники (low-orbit satellites) работают на
орбитах, максимально приближенных к земной поверхности, что позволяет им принимать
сигналы даже от маломощных передатчиков. Такие спутники потребляют меньше
энергии, а их запуск и эксплуатация обходится значительно дешевле традиционных
спутниковых систем связи. Использование низкоорбитальных спутников делает
возможным пользоваться услугами связи, находясь в любой точке земного шара.
Системы инфракрасной (ИК-) связи (infrared /IR-/ systems) используются, как
правило, в небольших офисах для организации беспроводной связи между различными
устройствами. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в
локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом
расстоянии (1 – 8 м). Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет
необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем
ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи
данных и не очень надежны.
Среда передачи данных
Физическая среда, в которой происходит передача информации, называется средой
передачи данных.
Можно выделить две основных среды передачи данных (рис. 17):
проводную (с участием кабелей),
беспроводную (без участия кабелей).
Рис. 17. Среды передачи данных.
К беспроводным средам передачи данных относятся:
Инфракрасные лучи (соединение компьютеров с помощью инфракрасных
портов).
Радиоволны (передача данных между компьютерами с использованием
радиоэфира).
Использование беспроводных сред передачи данных в компьютерных сетях
ограничивается несколькими причинами, одна из которых - высокая стоимость.
Кроме того, инфракрасная связь действует только в зоне прямой видимости
(инфракрасные лучи не могу проникать сквозь стены). На ее основе может быть
организована лишь небольшая (часто - временная) сеть внутри одного помещения. Такая
сеть, помимо всего прочего, будет работать на довольно низких скоростях.
Использование для компьютерной связи радиоволн ограничивается сильной
занятостью эфира телевидением, радиовещанием, правительственной, военной и другими
видами связи.
Основными проводными средами передачи данных являются медь и
стекловолокно. На их основе изготавливаются различные типы кабелей.
Медную среду передачи данных используют такие типы кабелей как коаксиальный
кабель и «витые пары» различных категорий.
Коаксиальный кабель в настоящее время для построения новых сетей
используются редко. Он обладает низкой пропускной способностью (не более 10 Мбит/с),
подвержен действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый с его помощью,
довольно быстро затухает. Все это ограничивает максимально возможную длину сегмента
сети до 500 м (при использовании толстого коаксиального кабеля и до 185 м при
использовании тонкого коаксиального кабеля), а также максимально возможное число
узлов в сети, построенной на основе коаксиального кабеля (до 30 узлов для тонкой
Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-8 и RG-11 и до 100 узлов для толстой
Ethernet с использованием коаксиального кабеля RG-58). Кроме того, данные,
передаваемые посредством коаксиального кабеля, легко перехватить. Однако низкая
стоимость коаксиального кабеля и простота монтирования оборудования обуславливают
«живучесть» сетей, построенных на его основе.
Кабель «витая пара» получил свое название из-за использования в качестве среды
передачи данных одной, двух или четырех пар скрученных медных проводников.
Скрученность позволяет гасить помехи, создаваемые каждым из проводников.
Существует две основных разновидности «витой пары» - неэкранированная (UTP)
и экранированная (STP). Неэкранированная «витая пара», в свою очередь, подразделяется
на несколько категорий. Отличие между UTP и STP в том, что кабель экранированной
«витой пары» покрыт защитным экраном - алюминиевой или полиэстеровой оболочкой.
Сети на основе неэкранированной «витой пары» имеют пропускную
способность от 1 Мбит/с до 1 Гбит/с (при длине сегмента до 25 м) в зависимости от
категории используемого кабеля, максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал,
передаваемый по неэкранированной «витой паре», довольно быстро затухает),
рекомендуемое число узлов в сети - 75 (максимально по спецификации - 1024, в
реальности - сильно зависит от траффика). Сам кабель сильно подвержен
электромагнитным помехам, данные, передаваемые с его помощью, несложно
перехватить. Однако UTP имеет невысокую стоимость и легок в прокладке.
Вышесказанное обуславливает большую популярность сетей на основе
неэкранированной «витой пары».
Сети на основе экранированной «витой пары» имеют более высокую
пропускную способность (теоретически: до 500 Мбит/с на расстояние 100 м),
максимальную длинную сегмента сети 100 м (сигнал, передаваемый по STP и UTP
затухает одинаково быстро), максимальное число узлов по спецификации - 270 (сильно
зависит от траффика), а за счет наличия экрана такие сети в значительно меньшей степени
подвержены электромагнитным помехам. Данные, передаваемые посредством
экранированной «витой пары» перехватить сложнее. В тоже время экранированная «витая
пара» имеет большую стоимость и более трудную прокладку, чем неэкранированная.
На основе стекловолокна изготавливаются многомодовые и одномодовые
волоконно-оптические кабели, различающиеся по траектории прохождения световых
путей.
В одномодовом кабеле все лучи проходят практически один и тот же путь и
одновременно достигают приемника.
В многомодовом кабеле траектории лучей имеют существенный разброс, что
приводит к искажению информации при передаче на большие расстояния.
Соответственно, сети на одномодовых кабелях имеют большую пропускную
способность и максимальную длинную сегмента. В то же время они отличаются более
высокой стоимостью о сравнению с многомодовыми.
В настоящее время использование оптоволокна становится все более популярным в
том числе вследствие снижения его стоимости. Сети, построенные на основе оптоволокна,
имеют чрезвычайно высокую пропускную способность (от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с и
более), не подвержены действию электромагнитных помех, а сигнал, передаваемый по
оптоволокну, имеет низкое затухание, что позволяет прокладывать его на значительные
расстояния, измеряемые километрами. Оптоволокно не дает утечки сигнала, что делает
его надежным в плане перехвата информации. Вместе с тем, как сам кабель, так и
оборудование к нему и работы по его прокладке отличаются существенно большей
стоимостью по сравнению с медными средами передачи данных. Кабель также подвержен
влиянию различных климатических условий
Более подробно о кабельных средах передачи данных будет рассказано следующих
статьях.
Сетевое оборудование
Оборудование, с помощью которого осуществляется объединение компьютеров в
сети, называется сетевым оборудованием.
По способу участия в передачи данных сетевое оборудование подразделяется на
пассивное и активное.
Пассивное оборудование работает только с электрическими сигналами, не
анализируя
при
этом
информацию
из
передаваемых
данных.
К пассивному сетевому оборудованию относятся кабели, соединительные разъемы,
коммутационные панели, повторители, хабы и др.
Активное оборудование читает и анализирует информацию из передаваемых
данных и на основании этой информации принимает решение об их дальнейшей передаче.
К активному оборудованию относятся интерфейсные карты компьютеров,
коммутаторы, маршрутизаторы и др.
Более подробному описанию сетевого оборудования будет посвящен ряд
последующих статей.
