ОСНОВЫ РАБОТЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

ВВЕДЕНИЕ.

 

Дисциплина, которую Вы будете изучать в течении 2-х семестров (1-н семестр на третьем курсе и 1-н семестр на четвертом курсе) называется:

Архитектура информационно-вычислительных сетей».

На рис. 1.1 дан перечень литературы, которая использована при подготовке данной дисциплины.   Итоговая оценка знаний материала первого семестра (3-й курс) будет выставляться по результатам контрольных работ…

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ РАБОТЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ.

Тема 1.1. Структура сети передачи данных.

На рисунке 1.2 представлена простая система передачи данных.

 

Прикладной процесс (ПП) –это некоторое приложение конечного пользователя. Он состоит из программного обеспечения ЭВМ.

На рис. 1.2 в узле А (ООД А) может выполняться прикладной процесс (ППА1) в виде программы ЭВМ, имеющей доступ к прикладному процессу в точке Б (в данном случае это программа ППБ1 и база данных). На рисунке показана также программа ППБ2 в точке Б, имеющая доступ к файлу в узле А посредством прикладной программы ППА2.

Прикладной процесс располагается в оконечном оборудовании данныхили ООД. ООД – это обобщенное понятие, используемое для описания машины конечного пользователя, в качестве которой выступает ЭВМ или терминал.

 

Функция сети передачи данных заключается в том, чтобы связать ООД вместе таким образом, чтобы:

1) обеспечить им общий доступ к ресурсам,

2) обеспечить обмен данными между ними,

3) обеспечить резервирование в случае отказа,

4) дать возможность служащим выполнить свою работу в любом месте.

 

На рис. 1.2 показано, что сеть обеспечивает логическую и физическуюсвязь компьютеров, которые должны быть соединены. Прикладные системы и файлы используют физический канал для реализации логической связи.

 

Слово «Логический»означает, что для ООД безразличны физические параметры и функции процесса передачи данных. От прикладного процесса А1 требуется только выдать логический запрос «Читать» с идентификацией данных. В свою очередь система передачи данных отвечает за посылку запроса «Читать» по физическим каналам в прикладной процесс Б1.

 

На рис. 1.2 показана, кроме того, аппаратура окончания канала данных, или АКД (называемая также аппаратурой передачи данных).

Тракт передачи данных между устройствами ООД и АКД называется по-разному: каналом, звеном, линиейили шиной. Это синонимы, хотя термин шина обычно относится к локальному использованию тракта передачи данных.

 

Основная функция АКД состоит в том, чтобы обеспечить интерфейс (стык) ООД с сетью передачи данных. Примером АКД является устройство – модем.

Интерфейсы определяются и реализуются с помощью протоколов.

 

Протоколы – это соглашения о том, как коммуникационные компоненты и ООД взаимодействуют друг с другом.

 

Они включают нормативные предписания, которые предусматривают использование какого-либо соглашения или метода в качестве обязательного или рекомендуемого.

Требуется несколько уровней интерфейсов и протоколов для поддержки приложения конечного пользователя.

 

В настоящее время организации-производители сетевых технологий стремятся придерживаться общепринятых интерфейсов и протоколов, которые являются независимыми от фирм поставщиков и конкретных изделий.

Цель нашего учебного курса состоит в изучении этих протоколов, стандартов, интерфейсов определяющих архитектуру сети.

 

 

Двухточечные и многоточечные соединения.

Устройства АКД и ООД соединяются одним из следующих способов.   Как показано на рис. 1.2, они соединяются в двухточечную конфигурацию, в которой только два устройства ООД имеются в…

Введем еще одно понятие

Трафик – данные пользователя. (Можно говорить о данных пользователя, переданных в определенный промежуток…  

Схема сети передачи данных.

 

Преимущества сетей передачи данных, приводимые выше, нельзя реализовать в отсутствие в системе одной важной компоненты. Этой компонентой является оборудование коммутации данных,или ОКД.

На рис. 1.5 показано использование ОКД совместно с ООД и АКД.

Основной функцией ОКД являются коммутация и маршрутизация трафика в сети к месту назначения.

ОКД также обеспечивает функции маршрутизации в сети для обхода отказавших или занятых устройств и каналов.

ОКД может установить маршрут передачи данных в место назначения через промежуточные компоненты, в том числе другие коммутационные устройства.

 

Тема 1.2. Сетевые топологии.

Топология и цели проектирования.

Сетевая топология – это геометрическая форма (или физическая связность) сети.…  

Иерархическая топология.

Эта топология обеспечивает точку концентрации для управления и диагностики ошибок. Сетью управляет ООД на самом высоком уровне иерархии. На рис.… Многие фирмы-поставщики реализуют распределенный подход к иерархической сети,… В то же время иерархическая топология несет в себе потенциально трудно разрешимые проблемы. Управление всем трафиком…

Горизонтальная топология (шина).

Горизонтальная, или шинная, топология показана на рис. 1.6,б. Шина допускает, чтобы каждое сообщение принималось всеми станциями. То есть… Главный недостаток это то, что в сети обычно имеется только один канал передачи данных. В случае отказа канала…

Топология звезды.

Звезда аналогична иерархической топологии, за исключением того, что топология имеет ограниченные возможности распределенной обработки. Узел А отвечает за маршрутизацию трафика через себя и другие компоненты; он… Локализация неисправностей является простой, поскольку решение проблемы обусловлено возможностью локализации линии. …

Кольцевая топология.

Как показано на рис. 1.6,г, кольцевая топология не подвержена перегрузкам, которые случаются в иерархической или звездообразных системах. Логическая организация кольцевой сети является простой. Каждая компонента… Основная проблема при работе– это наличие только одного канала, соединяющего все компоненты в кольцо. Если отказывает…

Ячеистая топология.

 

Ячеистая топология применяется из-за устойчивости к перегрузкам и отказам. Благодаря множественности путей из устройств ООД и ОКД трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых устройств.

Ячеистая топология отличается сложностью и дороговизной, однако пользователи предпочитают ячеистые сети сетям других типов вследствие их высокой надежности.

Тема 1.3. Основы теории связи.

Телефонная сеть.

Компоненты телефонной системы размещены иерархически, начиная с местоположения абонента в основании иерархии. Пользователи в домах либо учреждениях объединяются в телефонную сеть… Соединения между АТС обеспечиваются техническим комплексом, называемым междугородней телефонной станцией (МТС). МТС…

Коммутируемые и некоммутируемые каналы.

Пользователь телефона имеет возможность получить в свое распоряжение выделенную (арендованную) линию связи, с помощью которой пользователь будет… Выделенная линия оказывается эффективной, когда пользователи не могут…  

Скорость каналов и скорость передачи бит.

 

Одним из параметров описывающий канал передачи данных является пропускная способность, которая выражается числом бит, передаваемых в секунду.

Сокращениями, применяемыми для битов в секунду, являются бит/с, б/с, бс.

Бит – это представление электрического, оптического или электромагнитного состояния линии: напряжение, ток, или какой-либо вид радио- или оптического сигнала. Семь или восемь бит составляют знак, кодируемый пользователем, и называемый байтом.

 

Канал передачи данных, использующий обычные телефонные линии, является очень медленным от 0 до 9600 бит/с.

Только в последние несколько лет, промышленности удалось успешно освоить телефонные каналы 33,6 Кбит/с.

Полная линейка скоростей телефонной линии:

300, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600, 12000, 14400, 16800, 19200, 21600, 24000, 26400, 28800, 33600 бит в секунду.

В настоящее время достижимы скорости 1,544 Мбит/с и 2,048 Мбит/с на не проводной основе.

Процесс передачи данных значительно медленней процесса обработки информации. Например, 32-х разрядный Pentium процессор работает с тактовой частотой 120 Мгц.

Происходит это потому, что устройства ООД и АКД обычно осуществляют обмен данными по телефонным каналам связи. Телефонные каналы оказались наиболее удобными и доступными в то время, когда начались промышленный выпуск ЭВМ и их стыковка. Однако телефонные каналы не проектировались для быстрой передачи данных между высокоскоростными ЭВМ, а предназначались для речевой коммутации между людьми, которая не требует скорости желательной для передачи цифровой информации.

 

Передача речевой информации и аналоговые сигналы.

 

При передаче речевой информации образуются акустические волны, которые распространяются в воздухе. Когда человек говорит, возникают колебания зон высокого и низкого давления.

Сигналы, описывающие этот процесс, называются аналоговыми сигналами.

Их название объясняется тем, что они непрерывно периодически повторяются, являются не дискретными, постоянно меняются от низкого значения давления до высокого.

Телефонная трубка (микрофон) преобразует физические колебания воздуха в электрическую энергию с аналогичными характеристиками сигналов.

 

В передаче данных основными характеристиками периодических сигналов являются: амплитуда, частотаи фаза. Эти характеристики иллюстрируются на рис. 1.8.

Амплитуда сигнала – это измерение, относящееся к величине напряжения сигнала, которое может быть нулевым, положительным или отрицательным.

 

Аналоговый сигнал постепенно нарастает в области положительных значений, затем уменьшается и пересекает нулевое значение, далее переходит в область отрицательных значений напряжения и возвращается снова к нулевому уровню.

 

Это полное колебание называется циклом.

 

На рис. 1.8 показана вторая характеристика сигнала – частота. Частота описывает количество полных циклов в секунду, или количество колебаний в секунду.

Количество колебаний в секунду, или частота, измеряется в герцах(Гц).

 

В герцах определяется количество полных периодических сигналов, проходящих за секунду точку контроля.

Понятие бодотличается от герца тем, что оно относится к скорости изменения состояния сигнала, независимо от частоты несущей.

 

На рис. 1.9 показана положительная часть несущей частоты. По ней видно, что несущая частота 12 гц может меняться по амплитуде 6-ть раз в секунду, т.е. равна 6-ти бод.

Третья характеристика аналогового сигнала - фаза представляет точку, которую сигнал достиг в цикле.

 

Как показано на рисунке 1.8, когда цикл прошел одну четвертую часть своей фазы а точке А, говорят, что фаза прошла 90 градусов своего цикла, так как прохождение одной четвертой части окружности представляет путь по дуге в 90 градусов.

 

Цифровые сигналы.

Сходство состоит в том, что сигнал непрерывен, повторяет самого себя и периодичен; отличие - сигнал дискретен, изменения состояния (уровня… ЭВМ и терминалы используют цифровые, двоичные формы, поскольку…  

Синхронизирующие коды.

Когда компьютеры и терминалы разделены большими расстояниями, является более выгодным встроить временную настройку в сам сигнал, вместо того чтобы…   То есть мы пришли к понятию так называемого самосинхронизирующего кода.

Асинхронная и синхронная передача.

Многие типы ЭВМ и терминалов обмениваются данными друг с другом и устройствами АКД с использованием кода без возвращения к нулю (NRZ-кода).… Для обеспечение синхронизации используются два соглашения относительно…

Поле контроля ошибок включается в кадр передающим узлом. Его значение получается как некоторая функция от содержимого всех других полей. В принимающем узле производятся идентичные вычисления еще одного поля контроля ошибок. Эти поля затем сравниваются; если они совпадают, велика вероятность того, что пакет был передан без ошибок. Этот процесс называется циклическим контролем по избыточности (CRC), а поле называется контрольной последовательностью кадра (КПК).