Технические средства передачи данных

Технические средства передачи данных

 

 

            1. Первые интерсети. Тенденции  в развитии интерсетей.

 

  История  появления вычислительных сетей  ведет свое начало от 60-х годов,

когда были созданы  первые компьютерные системы с раздвоенными ресурсами.

 

  Первая сеть с коммутацией пакетов было разработана в Англии в 1968 году в

Национальной  физической лаборатории.

  Первая многоузловая  сеть с коммутацией пакетов  Arpanet вступила в

действие в  США в 1969 году. В 1971 создана сеть Alocha (Гавайи, США), в

котором реализованы методы передачи пакетов по радиоканалам.

  Модель сети Ethernet была разработана сотрудниками  фирмы Xerox в 1974 –

1976 годах. Протокол  этой сети был стандартизирован  в 80-х годах.

  В течение  1974 – 1982 гг. рядом ведущих компьютерных  фирм США разработаны

архитектуры и  сетевые технологии, повлиявшие на формирование современных

сетей. Фирмой DEC в 1975 создана сеть Decnet, развивавшаяся  вплоть до 1990.

 

  В 1982 –  1988 годах университетами и фирмами  США была создана сеть

Bitnet, получившая  всемирное распространение.

  В настоящее  время можно выделить два направления  создания интерсетей –

общедоступные и специализированные сети. Общедоступные  сети – это

вычислительные  сети, предоставляющие услуги всем желающим за определенную

плату. В основном, это услуги сетевого, а в отдельных случаях

терминального доступа. Специализированными сетями являются академические

сети.

 

 

                   2. Информационно – вычислительные  сети

 

 

  На сегодняшний  день в мире существует более  130 миллионов компьютеров и

более 80 % из них  объединены в различные информационно-вычислительные сети

от малых  локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция  к объединению компьютеров в  сети обусловлена рядом

важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений,

возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и

передача сообщений (факсов, E - Mail писем и прочего) не отходя от рабочего

места, возможность  мгновенного получения любой  информации из любой точки

земного шара, а  так же обмен информацией между  компьютерами разных фирм

производителей  работающих под разным программным  обеспечением.

  Необходимо  разработать принципиальное решение  вопроса по организации ИВС

(информационно-вычислительной  сети) на базе уже существующего компьютерного

парка и программного комплекса отвечающего современным  научно-техническим

требованиям с  учетом возрастающих потребностей и  возможностью дальнейшего

постепенного  развития сети в связи с появлением новых технических и

программных решений.

 

  Рассмотрим ИВС или,  упрощая задачу, можно сказать,  что это локальная

вычислительная сеть (ЛВС).

  Что такое ЛВС? Под  ЛВС понимают совместное подключение  нескольких

отдельных компьютерных рабочих  мест (рабочих станций) к единому  каналу

передачи данных. Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность

одновременного использования  программ и баз данных несколькими

пользователями.

  Понятие локальная  вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Lokal Area

Network) относится к географически  ограниченным (территориально или

производственно) аппаратно-программным  реализациям, в которых несколько

компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих

средств коммуникаций. Благодаря  такому соединению пользователь может

взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

  В производственной  практики ЛВС играют очень  большую роль. Посредством

ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные  на многих

удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование,

программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают  быть

изолированными и объединяются в единую систему.

  Все ЛВС работают  в одном стандарте принятом  для компьютерных сетей - в

стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

  Для передачи информации по коммуникационным линиям данные преобразуются в

цепочку следующих  друг за другом битов (двоичное кодирование  с помощью двух

состояний:"0" и "1").

  Передаваемые  алфавитно-цифровые знаки представляются  с помощью битовых

комбинаций. Битовые комбинации располагают в определенной кодовой таблице,

содержащей 4-, 5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.

  Количество  представленных знаков в ходе  зависит от количества битов,

используемых  в коде: код из четырех битов  может представить максимум 16

значений, 5-битовый  код - 32 значения, 6-битовый код - 64 значения, 7-

битовый - 128 значений и 8-битовый код - 256 алфавитно-цифровых знаков.

 

               3. Сетевые устройства и средства  коммуникаций.

 

  В качестве  средств коммуникации наиболее  часто используются витая пара,

коаксиальный  кабель, оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают

следующие показатели:

      • стоимость монтажа и обслуживания,

      • скорость передачи информации,

      • ограничения на величину  расстояния передачи информации (без

       дополнительных усилителей-повторителей (репитеров)),

      • безопасность передачи данных.

  Главная  проблема заключается в одновременном  обеспечении этих

показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена

максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще

обеспечивается  требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и

простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

 

 

 

  Витая пара

  Наиболее  дешевым кабельным соединением  является витое двухжильное

проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она

позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко

наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может

превышать 1000 м  при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются

низкая цена и бес проблемная установка. Для  повышения помехозащищенности

информации  часто используют экранированную витую  пару, т.е. витую пару,

помещенную  в экранирующую оболочку, подобно  экрану коаксиального кабеля.

Это увеличивает  стоимость витой пары и приближает ее цену к цене

коаксиального кабеля.

 

  Коаксиальный  кабель

  Коаксиальный  кабель имеет среднюю цену, хорошо  помехозащитен и

применяется для  связи на большие расстояния (несколько  километров).

Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может

достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для  основной и

широкополосной  передачи информации.

 

  Широкополосный  коаксиальный кабель

  Широкополосный  коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко

наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500

Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние

более 1,5 км требуется  усилитель, или так называемый репитер (повторитель).

Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10

км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный

кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

 

 

  Еthernet-кабель

  Ethernet-кабель  также является коаксиальным кабелем с волновым

сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый

кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное  включение.

Вследствие  помехозащищенности является дорогой  альтернативой обычным

коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не

превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000  м. Ethernet-

кабель, благодаря  своей магистральной топологии, использует в конце лишь

один нагрузочный  резистор.

 

  Сheapernеt-кабель

  Более дешевым,  чем Ethernet-кабель является соединение Cheapernet-кабель

или, как его  часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это  также 50-омный

коаксиальный  кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит

/ с.

  При соединении  сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются повторители.

Вычислительные  сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую  стоимость и

минимальные затраты  при наращивании. Соединения сетевых  плат производится с

помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50).

Дополнительное  экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с

помощью тройниковых  соединителей (T-connectors).

  Расстояние  между двумя рабочими станциями  без повторителей может

составлять  максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля

- около 1000 м.  Приемопередатчик Cheapernet расположен  на сетевой плате и

как для гальванической развязки между адаптерами, так и  для усиления

внешнего сигнала

 

 

  Оптоволоконные  линии

 

  Наиболее  дорогими являются оптопроводники, называемые также

стекловолоконным  кабелем. Скорость распространения  информации по ним

достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км.

Внешнее воздействие  помех практически отсутствует. На данный момент это

наиболее дорогостоящее  соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают

электромагнитные  поля помех или требуется передача информации на очень

большие расстояния без использования повторителей. Они обладают

противоподслушивающими  свойствами, так как техника ответвлений  в

оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с

помощью звездообразного  соединения.

                        4. Топологии вычислительной сети.

 

      4.1. Топология типа звезда.

  Концепция  топологии сети в виде звезды  пришла  из области больших ЭВМ, в

которой головная машина получает и обрабатывает все  данные с периферийных

устройств как  активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в

системах передачи данных, например, в электронной  почте RELCOM. Вся

информация  между двумя периферийными рабочими местами проходит через

центральный узел вычислительной сети.

   Пропускная  способность сети определяется  вычислительной мощностью узла

и гарантируется  для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений)

данных не возникает.

 

 

  Топология  в виде звезды

 

 

  Топология  в виде звезды является наиболее  быстродействующей из всех

топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между  рабочими

станциями проходит через центральный узел (при его  хорошей

производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими

станциями. Частота  запросов передачи информации от одной  станции к другой

невысокая по сравнению  с достигаемой в других топологиях.

 

  4.2. Кольцевая  топология.

  При кольцевой  топологии сети рабочие станции  связаны одна с другой по

кругу, т.е. рабочая  станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая  станция 3 с

рабочей станцией

4 и т.д. Последняя  рабочая станция связана с  первой. Коммуникационная

связь замыкается в кольцо.

  Прокладка  кабелей от одной рабочей станции  до другой может быть довольно

сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие  станции

расположены далеко от кольца (например, в линию).

 

Кольцевая топология

 

  Сообщения  циркулируют регулярно по кругу.  Рабочая станция посылает по

определенному конечному адресу информацию, предварительно

получив из кольца запрос.

Пересылка сообщений  является очень эффективной, так  как большинство

сообщений можно  отправлять “в дорогу” по кабельной  системе одно за другим.

Очень просто можно  сделать кольцевой запрос на все  станции.

  Основная  проблема при кольцевой топологии  заключается в том, что каждая

рабочая станция  должна активно участвовать в  пересылке информации, и в

случае выхода из строя хотя бы одной из них  вся сеть парализуется.

 

 

 

                                         Структура логической кольцевой цепи

 

 

                                    [pic]

 

  Специальной  формой кольцевой топологии является  логическая кольцевая

сеть. Физически  она монтируется как соединение звездных топологий.

Отдельные звезды включаются с помощью специальных  коммутаторов (англ. Hub

-концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В

зависимости от числа рабочих станций и длины  кабеля между рабочими

станциями применяют  активные или пассивные концентраторы. Активные

концентраторы дополнительно содержат усилитель  для подключения от 4 до 16

рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно

разветвительным устройством (максимум на три рабочие  станции). Управление

отдельной рабочей  станцией в логической кольцевой  сети происходит так же,

как и в обычной  кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается

соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к

младшему и  от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения

происходит  только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной

сети, так что  лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

 

  4.3. Шинная  топология.

  При шинной  топологии среда передачи информации  представляется в форме

коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих  станций, к которому они

все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно

вступать в  контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

                                   

                 Шинная топология

 

  Рабочие  станции в любое время, без  прерывания работы всей вычислительной

сети, могут  быть подключены к ней или отключены. Функционирование

вычислительной  сети не зависит от состояния отдельной  рабочей станции.

  В стандартной  ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий

кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и

особенно подключение  к такой сети требуют разрыва  шины, что вызывает

нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

 

 

               4.4. Древовидная структура ЛВС.

                                   

  На ряду  с известными топологиями вычислительных  сетей кольцо, звезда и

шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна

структура. Она  образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных

топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети

располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии

информации (ветви  дерева).

  Вычислительные  сети с древовидной структурой  применяются там, где

невозможно  непосредственное применение базовых  сетевых структур в чистом

виде. Для подключения  большого числа рабочих станций  соответственно

адаптерным  платам применяют сетевые усилители  или коммутаторы. Коммутатор,

обладающий  одновременно и функциями усилителя, называют активным

концентратором.

 

 

                                  5. Модем

 

 

  Для связи  удаленных компьютеров друг с  другом используются в основном

обычные телефонные сети, которые покрывают более  или менее обширные

территории  большинства государств, - PSTN (Public Switchable Tele-phone

Network). Единственная проблема в этом случае - преобразование цифровых

(дискретных) сигналов, которыми оперирует компьютер,  в аналоговые

(непрерывные).

Для решения этой задачи и предназначены устройства, именуемые  модемами.

  Модем - это периферийное  устройство, предназначенное  для обмена

информацией с другими  компьютерами  через  телефонную  сеть.  По

терминологии  ГОСТа  они  называются  УПС (устройства  преобразования

сигналов).  По  сути  модем  образован  двумя  узлами - модулятором  и

демодулятором;  он  выполняет модуляцию и демодуляцию информационных

сигналов.  Собственно  слово  "модем" - сокращение  от  двух  других:

МОдулятор/ДЕМодулятор.

  Другими  словами, модулятор модема преобразует  поток битов из компьютера  в

аналоговые  сигналы, пригодные для передачи по телефонному каналу связи;

демодулятор модема осуществляет обратную задачу - преобразует   сигналы

звуковой  частоты  в  цифровую  форму, чтобы  они могли быть  восприняты

компьютером. Таким  образом, данные, подлежащие передаче, преобразуются в

аналоговый  сигнал модулятором модема <передающего> компьютера.  Принимающий

модем, находящийся  на противоположном конце линии, <слушает> передаваемый

сигнал и  преобразует его обратно в  цифровой при помощи демодулятора.

Следовательно,  модем  является  устройством,  способным  как  передавать,

так  и  принимать  данные.

  Благодаря   тому,  что  в  качестве  среды  передачи  данных  используются

 телефонные  линии  связи,  оказывается  возможным  связываться  с  любой

точкой  земного  шара.

  Современные   модемы  выполнены  на  базе  специализированных  БИС

(больших   интегральных  схем),  выполняющих   практически  все  функции

модема.  Это  обеспечивает  малые  габариты,  высокую  надёжность и

простоту  использования  модемов.

  В  последние   годы   наиболее  широко  применяются   модемы  на  скорости

передачи  2400, 9600  и  14400  бит/с.,  в  то же  время  указанные  виды

модемов  допускают  передачу  на  пониженных  скоростях (1200,  4800,

7200,  12000  бит/с.),  а  также  взаимодействие  с  основной  массой

модемов  более  ранних годов  выпуска.

  В  настоящее   время  в  состав  задач,  выполняемых  модемом,  введены

функции  защиты  от  ошибок  при  передаче  и  функция  сжатия  данных,

что  позволило  радикально  увеличить  достоверность  и  скорость  передачи

 информации.  Благодаря  сжатию  данных  фактическая  скорость  передачи

цифровой  информации  с  помощью  модемов  может  быть  доведена  до 40-60

 Кбит/с.

  В последнее  время модемы становятся неотъемлемой  частью компьютера.

Установив модем  на свой компьютер, вы фактически открываете для себя новый

мир. Ваш компьютер  превращается из обособленного компьютера в звено

глобальной  сети.

 

                                  6. Услуги

 

  6.1. Передача  файлов

  Если вы  хотите оперативно передать какой-то  файл вашему другу или

сотруднику  в Москву,  то можно  поступить  двумя способами.  Кто-то

предпочтет  записать этот файл на дискету, купить билет на самолет,  нанять

КУРЬЕРА и поручить ему доставить эту  дискету  по такому-то адресу.  А кто-

то разумно  решит приобрести модем и в  считанные минуты,  используя

присутствующую  в каждом приличном учреждении телефонную линию, передать всю

необходимую информацию. Для этого, помимо телефонной линии, необходимо

иметь лишь, также  присутствующий  в  каждом  приличном   учреждении,

компьютер и  простейшую коммуникационную программу.

 

  6.2. Электронные  Доски Объявлений

 

  Вторая, не  менее важная услуга,  состоит  в использовании  с помощью

модема  так  называемых  электронных досок  объявлений (Bulletin Board

System,  в   дальнейшем  BBS).  Физически   они представляют собой достаточно

мощный ПК,  как правило IBM-совместимый,  на базе 486 или Pentium

процессора  со  специальным программным обеспечением (Maximus,  Remote

Access,  PCBoard и  дp.),  который через модем подключен  к обычной

телефонной  сети. Узел BBS содержит большое количество полезных (и не очень)

 программных  продуктов самой разной направленности  логически разбитых по

тематике.  Работая  в системе в режиме on-line,  мы можем  ознакомиться  со

списком предлагаемых файлов и "перекачать" на свой компьютер  все

заинтересовавшее  вас. Помимо этого на  BBS доступны территории личной и

публичной переписки  между пользователями данной станции.  Таким образом,

можно размещать  как коммерческую рекламу,  объявления о розыске ПО,

дурацкие анонимные  послания,  так и объяснения в  любви  и  преданности.

Совсем иной вопрос, что за неординарное поведение  можно по воле Системного

Опеpатоpа (в дальнейшем СисОп) лишиться  дальнейшего доступа к BBS.

  Принцип  "ты мне - я тебе" находит  широкое применение в системах

электронных досок  объявлений.  Каждый зарегистрированный пользователь

получает  строго  ограниченный  Системным Оператором  суточный период

времени для  реализации своих намерений и  желаний. Этого иногда бывает

недостаточно  даже для того, чтобы принять Список доступных на данной BBS

файлов (Filelist). Пользователь должен целенаправленно стремиться

понравиться СисОпу,  передавать ему наиболее интересное и редкое ПО,

которое может  его заинтересовать, оповещать о  последних новостях,

сплетнях, а  также как можно чаще угощать  пивом. Именно последнее действие

наиболее существенно  влияет  на  поднятие  Уpовня Доступа (Access Level)

пользователя к данной BBS.

  Исходя из  факта существования электронных  досок объявлений, ваш старый

знакомый из Москвы мог поступить гораздо  умнее: зная, на какой  BBS  его

приятель является зарегистрированным пользователем  и,  пользуясь его

паролем для  входа в систему,  он оставляет необходимые файлы в территории

загрузки пользователей. В свою очередь вы в удобное  для вас время,

аналогично  звоните на эту BBS и забираете  переданные вашим московским

товарищем (сотрудником) файлы.

  Существует  множество классификаций узлов  BBS.  Они  бывают

любительскими или профессиональными,  коммерческими  и бесплатными, 24-

часовыми и  с ограниченным  временем  работы (как правило ночью,  днем же

это обычный  голосовой телефон),  различной  совместимости эмуляции терминала