Способы коммутации и передачи данных в информационных системах. 2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Задание на курсовую работу……………………………………………….…..2
Календарный план………………………………………………………………4
Введение…………………………………………………………
Глава I. Общая характеристика средств телекоммуникаций………………...8
1.1. Этапы развития
1.2. Средства
телекоммуникаций……………………………………
1.3. Коммуникационные
сети. Оборудование коммуникационных
сетей…………………………………………………………………
1.3.1 Оборудование коммуникационных сетей…………………….…17
Глава II. Способы
коммутации и передачи данных в информационных
системах…………………………………………………………
2.1. Процедура коммутации каналов………………………………….24
2.2. Процедура
коммутации сообщений…………………………
2.3. Процедура коммутации пакетов…………………………………..29
2.4. Процедура
передачи данных………………………………………
2.5. Виды передачи данных…………………………………………….34
Глава III. Перспективы
развития способов коммутации и передачи
данных………………………………………………………………
3.1. Основные направления эволюции
телекоммуникационных
3.2. Наиболее перспективные
телекоммуникационные и информационные
технологии…………………………………………………
Заключение……………………………………………………
Список использованных информационных источников……………………...43
ВВЕДЕНИЕ
Перспективы
развития нашей цивилизации во многом
зависят от того, насколько быстро
и адекватно человечество проникнет
в сокровенные тайны
Несколько лет назад передача данных с помощью компьютеров интересовала только специалистов и опытных пользователей. В настоящее время использование локальных и глобальных компьютерных сетей становится столь же рутинным и распространенным, как и ПК. Если вам необходима электронная почта, использование информационных ресурсов Internet и других интерактивных коммерческих информационных служб, удаленное соединение домашнего ПК с локальной сетью на работе, пересылка файлов в другой город, то добро пожаловать в мир компьютерной передачи данных. В настоящее время использование компьютерных коммуникаций не требует специальных знаний — даже пятилетний малыш может «путешествовать» по Всемирной паутине (World Wide Wed) до того, как научится ездить на велосипеде. Что обусловило бурный рост компьютерных коммуникаций? В основном два фактора — упрощение использования средств передачи данных с помощью компьютера и наличие огромных информационных ресурсов в глобальных сетях. Многие деловые люди и организации обнаружили, что они должны использовать в своей деятельности компьютерные коммуникации (электронную почту, интерактивные информационные службы и т.д.) не только для своих сотрудников, но и для широкого круга потребителей своей продукции через электронные доски объявлений, телеконференции интерактивных информационных служб или через узлы Всемирной Паутины Internet. Объем и способы информирования потребителей с помощью средств компьютерных коммуникаций коренным образом изменились за последние год — два. Если раньше эта информация в основном предназначалась для специалистов, то теперь она рассчитана на самую широкую аудиторию [5]. Именно этим и обусловлена актуальность выбранной темы исследования.
Предметом исследования – способы коммутации и передачи данных.
Объектом данного исследования является способы коммутации и передачи данных в корпоративных информационных системах.
Целью данной работы является рассмотреть способы коммутации и передачи данных в информационных системах.
Поставленная цель определила ряд задач, которые решаются в данной работе:
- изучение истории телекоммуникационных технологий;
- изучение средств телекоммуникации
- коммуникационные сети. Оборудование коммуникационных сетей;
- характеристика процедуры коммутации каналов;
- характеристика процедуры коммутации пакетов и сообщений;
- выявление путей дальнейшего развития способов передачи данных.
Работа состоит из введения, где формулируется суть проблемы, трех глав, в которых последовательно решаются поставленные задачи. По каждой главе формируются выводы. Затем приводятся заключение и список использованных информационных источников.
ГЛАВА I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СРЕДСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
1.1. Этапы развития
Телекоммуникационные технологии построения сетей передачи информации, как самостоятельное понятие, возникли лишь в середине XX века, а уже к его концу мы наблюдаем проникновение их во все сферы человеческой деятельности. К числу факторов, оказавших определяющее воздействие на развитие телекоммуникационных технологий, в первую очередь следует отнести развитие микроэлектронной индустрии и связанное с этим развитие вычислительной техники, а также успехи последнего времени в технологии с вето водных систем.
Телекоммуникационные технологии развивались параллельно и взаимоувязано с развитием возможностей каналов связи - от аналоговых к высокоскоростным цифровым волоконно-оптическим линиям связи - и всеобщей компьютеризацией общества.
Сети передачи информации совершили колоссальный скачок от телеграфных и телефонных сетей первой трети XX века к интегральным цифровым сетям передачи всех видов информации (речь, данные, видео). В числе основных этапов развития телекоммуникационных технологий следует назвать:
— телеграфные и телефонные сети (докомпьютерная эпоха);
— передача данных между отдельными абонентами по выделенным и коммутируемым каналам с использованием модемов;
— сети передачи данных с коммутацией пакетов: дейтаграммные или использующие виртуальные соединения (типа Х.25);
— локальные вычислительные сети (наиболее распространенные — Ethernet, Token Ring);
— цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN) — узкополосные, а затем широкополосные;
— высокоскоростные локальные сети — Fast Ethernet, FDDI, FDDI II (развитие FDDI для синхронной передачи речевой и видеоинформации);
— высокоскоростные распределенные сети Frame Relay, SMDS, АТМ;
— информационные супермагистрали [17].
Наиболее впечатляющие успехи телекоммуникационных технологий наблюдаются в последние 15 лет. В их числе можно назвать следующие технологии (см. табл. 1)[21].
Таблица 1. Телекоммуникационные технологии последних лет
Название технологии |
Основные черты |
Области применения |
Особенности |
Х.25 |
Долгое время наиболее распространенным
в технологии передачи данных был
подход, основанный на идеологии пространственно- |
— каналы низкого и среднего качества; — передача данных на низких и средних скоростях (1,2—128 Кбит/с); — простое пользовательское оборудование; — подключение абонента по коммутируемым каналам. |
— виртуальные соединения; —альтернативная маршрутизация; — обнаружение и исправление ошибок в каждом узле. |
TCP/IP |
Передача данных в соответствии с протоколами TCP/IP основана на дейтаграммном методе коммутации, характерная черта которого — независимая маршрутизация пакетов. Исторически ряд специальных сетей, например сеть Министерства обороны США ARPANET, были организованы с использованием данной технологии, которая сохраняет актуальность и успешно конкурирует с методом виртуальных соединений. Об этом свидетельствует широкое использование TCP/IP в сети Internet. |
— каналы низкого, среднего и высокого качества; — широкий диапазон скоростей передачи данных (от 1,2 Кбит/с до десятков Мбит/с.) — возможность использования как в распределенных, так и в локальных сетях. |
— пакетная коммутация в дейтаграммном режиме; — высокий уровень адаптации к нарушениям в сети благодаря возможности изменения маршрута в каждом узле сети; — обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя. |
ISDN |
В связи с необходимостью повышения
качества и расширения спектра услуг,
предоставляемых сетью, и совершенствованием
средств передачи цифровой информации
с середины 80-х годов во многих
странах начали активно развиваться
цифровые сети интегрального обслуживания
(ЦСИО, ISDN), вначале узкополосные (У-ЦСИО,
N-ISDN), а в последующем и Один из ключевых вопросов, относящихся к В-ISDN, — выбор метода коммутации: коммутация каналов (аналогичная традиционной системе в обычной телефонной сети, при которой для каждого соединения устанавливается физический канал между корреспондирующей парой абонентов) или некая разновидность пакетной коммутации (при которой сеть передает информацию, организованную специальным образом в пакеты данных, снабженные адресом, куда они должны быть доставлены). |
Главная задача ISDN — передача разнородной информации с высокой скоростью, включая передачу речи, телетекста, видеотекста, электронной почты для В-ISDN-телеконференции, передача ТВ-изображений, распределенная обработка информации. |
Метод пакетной коммутации — более гибкий с точки зрения скорости передачи и оптимален для передачи разнородного трафика. |
Frame Relay (FR) |
Данная технология является разновидностью метода пакетной коммутации. Она возникла и развивалась как технология, ориентированная на передачу данных, однако все шире используется для организации обмена речевой и даже видеоинформацией. Характерная особенность технологии — частичный отказ от сложных процедур обнаружения и исправления ошибок при передаче информации по каналам связи. Благодаря этому достигается максимально полное использование пропускной способности каналов и ресурсов коммутационного оборудования. Технология
FR представляет собой эффективное
средство соединения локальных сетей.
Наряду с этим за счет мощных механизмов
мультиплексирования и |
— каналы среднего и высокого качества; — передача данных со скоростями от 56 Кбит/с до 2048 Кбит/с; — передача голосовой и факсимильной информации; — интеллектуальное пользовательское оборудование; — LAN-to-LAN; — LAN-to-WAN. |
— постоянные и коммутируемые виртуальные соединения; — стирание искаженных кадров (фреймов) на узлах сети; — обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя. |
АТМ |
В последние годы национальные и
международные организации по стандартам
заметно продвинулись в определении
основ технологии для передачи разнородной
информации. Они рекомендуют для
этого стандартизованную АТМ является разновидностью метода пакетной коммутации с виртуальными каналами и в определенной мере соединяет преимущества методов коммутации каналов и коммутации пакетов. В основе АТМ — единый цифровой формат и единые правила транспортировки и коммутации всех видов информации, в том числе служебной. |
— широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания; — каналы высокого качества; — высокоскоростная передача данных, речевой и видеоинформации, включая ТВ высокой четкости; — хорошие линии привязки пользователей. |
— постоянные и коммутируемые виртуальные соединения; — контроль целостности информации на узлах сети; — обнаружение и исправление ошибок оконечным оборудованием пользователя; — заказ услуг. |
SMDS |
Switched Multimegabit Data Service — это высокоскоростная коммутационная служба передачи данных, по своим свойствам подобная АТМ, но в отличие от нее использующая дейтаграммный метод коммутации. Текущая спецификация SMDS предлагает пользователям доступ по выделенной линии со скоростями DS1 (1,544 Мбит/с) и DS3 (45 Мбит/с). |
подобная АТМ |
подобная АТМ |
10BASE-T |
Хотя технология Ethernet появилась сравнительно давно, ее массовое применение в конце 80-х годов обеспечил стандарт 10base-T, разработанный комитетом IEEE 802.3. Стандарт, который определял построение Ethernet с использованием неэкранированной витой пары, изменил саму природу ЛВС. Он специфицировал использование топологии типа «звезда» и концентраторов, что сделало сети более надежными и удобными для управления. Как только промышленность признала 10Base-T в качестве основного способа построения сетей Ethernet, цена на концентраторы и сетевые интерфейсные карты резко упала, что обеспечило еще большее распространение данной технологии. |
- использование |
- сеть надежна и удобна для управления. |
Коммутация в ЛВС |
Появление коммутации означало большой скачок вперед в развитии технологий ЛВС. В отличие от технологий разделяемых ЛВС, где фиксированная пропускная способность делится между подключенными к ЛВС устройствами, коммутаторы дали возможность выделять каждому порту канал с пропускной способностью до 10 Мбит/с, резко повысив пропускную способность ЛВС и улучшив ее характеристики. Дополнительный импульс развитию коммутации в ЛВС дала технология АТМ. В отличие от других технологий коммутируемых ЛВС, АТМ поддерживает передачу речи, данных и видеоинформации со скоростью сотен мегабит в секунду. Возможно, АТМ станет первой технологией, используемой и в локальных и в территориальных сетях. |
- для каждого канала |
- высокая пропускная способность |
1.2. Средства телекоммуникаций
Телекоммуникация (греч tele - зла ль. далеко п лат. commumcaiio - общение) - передача данных на большие расстояния.
Средства телекоммуникации - совокупность технических, программных и организационных средств для передачи данных на большие расстояния.
Телекоммуникационная сеть - множество средств телекоммуникаций связанных между собой и образующих сеть определённой топологии (конфигурации). Телекоммуникационными сетями являются (Рисунок 1) [9]:
Рисунок 1. Виды телекоммуникационных сетей
- телефонные сети для передачи телефонных данных (голоса);
- радиосети для передачи аудиоданных;
- телевизионные сети для передачи видеоданных;
- цифровые (компьютерные) сети или сети передачи данных (СПД) для передачи цифровых (компьютерных) данных.
Данные в цифровых телекоммуникационных сетях формируются в виде сообщении, имеющих определенную структуру и рассматриваемых как единое целое.
Данные (сообщения) могут быть: непрерывными и дискретными.
Непрерывные данные могут быть представлены в виде непрерывной функции времени, например, речь, звук, видео. Дискретные данные состоят из знаков (символов).
Передача данных в телекоммуникационной сети осуществляется с помощью их физического представления - сигналов.
В компьютерных сетях для передачи данных используются следующие типы сигналов (Рисунок 2) [10]:
- электрический (электрический ток);
- оптический (свет);
- электромагнитный (электромагнитное поле излучения - радиоволны).
Рисунок 2. Типы сигналов
Для передачи электрических и оптических сигналов применяются кабельные линии связи соответственно:
- электрические (ЭЛС);
- волоконно-оптические (ВОЛС).
Передача электромагнитных сигналов осуществляется через радиолинии (РЛС) и спутниковые линии связи (СЛС).
Сигналы, как и данные, могут быть непрерывным и дискретными.
При этом, непрерывные и дискретные данные могут передаваться в телекоммуникационной сети либо в виде непрерывных, либо в виде дискретных сигналов.
Процесс преобразования (способ представления) данных в вид, требуемый для передачи по линии связи и позволяющий, в некоторых случаях, обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие из-за помех при их передаче, называется кодированием. Примером кодирования является представление данных в виде двоичных символов. В зависимости от параметров среды передачи и требований к качеству передачи данных могут использоваться различные методы кодирования.
Линия связи
- физическая среда, по которой передаются
информационные сигналы, формируемые
специальными техническими средствами,
относящимися к линейному оборудованию
(передатчики, приемники, усилители
и т.п.). Линию связи часто
Линии связи можно разбить на 2 класса:
- кабельные (электрические и волоконно-оптические линии связи);
- беспроводные (радиолинии).
На основе линий связи строятся каналы связи.
Канал связи представляет собой совокупность одной или нескольких линий связи и каналообразующего оборудования, обеспечивающих передачу данных между взаимодействующими абонентами в виде физических сигналов, соответствующих типу линии связи.
Рисунок 3. Канал связи
Канал связи может состоять из нескольких последовательных линий связи, образуя составной канал, например, как это показано на рисунке 3: между абонентами А1 и А2 сформирован канал связи, включаюший телефонные (ТфЛС) и волоконно-оптическую (ВОЛС) линии связи. В то же время, в одной линии связи, как будет показано ниже, может быть сформировано несколько каналов связи, обеспечивающих одновременную передачу данных между несколькими парами абонентов [23].
1.3. Коммуникационные сети. Оборудование коммуникационных сетей
Коммуникационные сети являются базой
(«первичными сетями») системы сетей
электросвязи. Под коммуникационной
сетью понимается организационно-технический
комплекс, включающий узлы коммутации
(распределения каналов) и каналы
связи, соединяющие узлы связи между
собой, а также с оконечным
оборудованием и обеспечивающий
передачу данных между удаленными точками.
Канал связи - это комплекс технических
средств и среды
В коммуникационных сетях выделяют:
- сети выделенных каналов. Постоянно действующие сети, базирующиеся на физическом выделении и закреплении за абонентами ресурса: канала, частоты, кванта времени;
- сети коммутации каналов. Основаны на выделении ресурса на время соединения;
- сети коммутации пакетов. Основаны на разбиении потока данных на части (пакеты), передаче каждого пакета по своему каналу- связи и сборке сообщения из пакетов в месте прибытия. Характерны для вычислительных сетей [17].
В коммуникационных сетях используются как аналоговый, так и цифровой способы передачи данных:
1) аналоговый способ основан на передаче данных путем электромагнитных колебаний с разной частотой. Аналоговый сигнал — это непрерывный волновой сигнал. Вдоль аналоговой линии устанавливаются усилители для выделения полезного сигнала на фоне искажений и шумов. Традиционный и широко распространенный способ передачи данных. Лежит в основе телефонной связи (звуковой сигнал преобразуется в мембране микрофона в электрический); цифровой способ основан на передаче данных в их естественном двоичном виде на единой частоте.
2) Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, дискретный, прерывистый, передает либо 1. либо 0: есть импульс — 1, нет импульса — 0. Отличается высокой скоростью передачи данных. Для минимизации искажений и влияния помех вдоль цифровой линии подключаются репитеры которые восстанавливают форму сигнала. Основа коммуникации практически во всех современных компьютерах [12].
1.3.1 Оборудование коммуникационных сетей включает с себя следующие средства.
1. Средства линий передачи
Проводные среды включают [14]:
1) Витая пара состоит из двух изолированных медных кабелей, сплетенных вместе наподобие косы: один кабель служит для передачи сигнала, а другой заземляется. Может быть экранированной (имеет оболочку для повышения помехозащищенности) или неэкранированной. Наиболее дешевая среда, обеспечивает передачу данных со скоростью 10 Мбит/с. Используется в локальных сетях, а также для прокладки телефонных линий внутри зданий. Коаксиальный кабель — широкополосный соединительный кабель, в середине которого проходит изолированный провод, окруженный цельным или плетеным вторым проводом. Дороже витой пары, но может переносить большее количество данных, скорость передачи может достигать 100 Мбит/с. Хорошо защищен от помех, применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Используется для сверхширокополосных систем с модуляцией (преобразованием модемами цифровых сигналов в аналоговые) и систем без модуляции, в том числе Изернет (Ethernet).
2) Оптоволоконный кабель создан из тонкого оптического стекловолокна. Каждое волокно состоит из сердцевины, окруженной оболочкой, имеющей меньший показатель преломления. При передаче световые сигналы отражаются от оболочки, и свет передающих лазеров доносится без существенных потерь, несмотря на петли и повороты вдоль пути. На принимающем конце оптические детекторы преобразуют свет в электрические импульсы. Значительно легче и тоньше медного, не подвержен действию электрических помех, имеет меньший коэффициент затухания. Обеспечивает высокую скорость передачи данных — до 10 Гбит/с, длина кабеля не ограничена. Техника ответвлений сложна, несанкционированное подсоединение практически невозможно. Но тяжело восстанавливается в случае обрыва дорог и сложен в эксплуатации. Чаще всего используется в базовых сетях.
3) Телефонный кабель (медная пара) — система медных проводов в полиэтиленовой оболочке. Самая старая проводящая среда, дешевая в эксплуатации, однако не способная обслуживать высокоскоростные цифровые коммуникационные каналы, такие, как интегрированные службы цифровой сети (ISDN).
Беспроводные среды включают [15]:
1) Радиоканал требует оснащения антеннами, беспроводными сетевыми адаптерами и мостами. Возможно использование как при подключении к сети Интернет, так и при создании локальной сети. Подключение к сети Интернет предоставляет возможность организации «последней мили» в местах, где прокладка наземных канатов затруднительна или по каким-либо причинам невозможна. Отсутствие необходимости в прокладке кабеля к каждой рабочей станции делает канат привлекательным для офиса. Получает все большее распространение.
2) Спутниковый канал основан на использовании спутника связи. Спутник связи находится на низкой, эллиптической или геостационарной орбите и выполняет роль микроволнового ретранслятора — принимает сигналы с Земли, усиливает их, а затем ретранслирует на различных частотах в различные точки. Обеспечивает высокую скорость передачи данных, гибкость в способах подключения, но требует высоких затрат на установку оборудования и использование эфира. Подвержен воздействию неблагоприятных метеоусловий (затухание сигнала) и требует применения технологии усиления передающих и принимающих антенн. Хорошо подходит для работы в WWW, но недостаточно хорошо решает задачи реального времени.
2. Средства
соединения линий передачи с
сетевым оборудованием.
3. Средства
увеличения дистанции передачи
данных. Осуществляют усиление
а) Репитер обеспечивает сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче на большие расстояния.
б) Мост соединяет две или несколько физических сетей и передает пакеты из одной сети в другую. Способен фильтровать пакеты, т.е. передавать только часть трафика.
в) Шлюз объединяет информационные сети, использующие различные протоколы, преобразуя форматы сообщений. Представляет собой комбинацию программных и аппаратных средств. Как правило, менее скоростной, чем мост и маршрутизатор.
г) Модем преобразует цифровые сигналы, генерируемые последовательным портом компьютера, в модулированные аналоговые сигналы, пригодные для передачи по линиям связи, и соответственно преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой эквивалент. Сокращение от «МОдулятор-ДЕМодулятор» [17].
4. Средства
повышения емкости линий
соединения. Включают в себя такие устройства, как:
а) Разветвитель подключает нескольких рабочих станций к одному каналу связи. Разделяет сигнал, идущий по одному каналу связи, на два или три канала.
б) Повторитель (репитер) регенерирует сигналы и позволяет передавать их по дополнительному сегменту кабеля или подключать большее число компьютеров к существующему сегменту. Сегменты должны использовать один протокол передачи.
в) Концентратор (хаб) коммутирует несколько каналов связи на один путем частотного разделения. Объединяет коммуникационные каналы от нескольких узлов сети и обеспечивает ряд функций управления, включая функции моста и маршрутизатора.
г) Мультиплексор разделяет канал передачи на два (или более) подканала. Передает по одной линии несколько сигналов одновременно. Подключает к компьютеру несколько линий связи
5. Средства
управления информационными
а) Маршрутизатор пересылает пакеты в нужный сегмент сети. В отличие от моста имеет в сети свой адрес, хранит таблицу адресов всей сетевой структуры, обменивается с другими маршрутизаторами информацией о текущем состоянии сети. Роль маршрутизатора выполняет один из компьютеров сети.
б) Коммутатор (свитч) — многопортовое устройство, обеспечивает высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. В отличие от концентраторов, осуществляющих широковещательную рассылку пакетов в сети, коммутаторы направляют пакеты только по адресу, в результате уменьшается трафик и увеличивается пропускная способность сети. Традиционно используются в очень загруженных сегментах сети, в настоящее время существует тенденция вытеснения ими маршрутизаторов[13].
Выводы по главе:
1. Информационные и коммуникационные технологии — это совокупность методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения, обработки и распространения информации. Телекоммуникационные технологии играют ключевую роль в данной проблематике, определяют темпы и качество построения информационного сообщества.
2. Под коммуникационной сетью понимается организационно-технический комплекс, включающий узлы коммутации (распределения каналов) и каналы связи, соединяющие узлы связи между собой, а также с оконечным оборудованием и обеспечивающий передачу данных между удаленными точками. Бывают проводные и беспроводные среды.
3. Рассмотрев общую характеристику средств телекоммуникаций, перейдем непосредственно к способам коммутации и передачи данных в информационных системах.
ГЛАВА II. СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
В общем случае решение каждой из
частных задач коммутации — определение
потоков и соответствующих
Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов в сетях выделяют два основополагающих:
- коммутация каналов (circuit switching);
- коммутация пакетов (packet switching).
Внешне обе эти схемы