Коммуникационная сеть – система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.
Отличительная особенность коммуникационной сети – большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса, и соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др. При функциональном проектировании сетей решаются задачи синтеза топологии, распределения продукта по узлам сети, а при конструкторском проектировании выполняются размещение пунктов в пространстве и проведение (трассировка) соединений.
Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.
Вычислительная сеть – информационная сеть, в состав кoторой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД, или DTE – Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем.
Терминал – устройство, предназначенное для взаимодействия пользователя с вычислительной системой или сетью ЭВМ. Оно состоит из устройства ввода (чаще всего это клавиатура) и одного или нескольких устройств вывода (дисплей, принтер и т.д.).
Под узлом будем понимать компоненты вычислительной сети, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети.
Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных. Среда передачи данных – совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для физической передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.
Линия передачи данных – средства, которые используются в информационных сетях для соединения между собой узлов сети и распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.
Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибелах, 1 дБ = 10 · lg(P1/P2), где Р1и Р2– мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.
Канал (канал связи) – средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.
Аппаратура окончания канала данных (АКД, или DCE – Data Circuit-Terminating Equipment) является функциональным блоком, осуществляющим подготовку данных, получаемых от ООД для их передачи по линиям данных. АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.
Канал передачи данных – средства двустороннего обмена данными, включающие аппаратуруокончанияканаладанных и линию передачи данных.
По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные – радио- и инфракрасными каналами.
В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных.
В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в двух направлениях).
Если канал ПД монопольно используется одной организацией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым, или виртуальным (общего пользования).
К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.
Под коммутацией данных понимается такая их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.
1.2. Виды связи и режимы работы сетей
передачи сообщений
Блок данных, имеющих определенную структуру и объединенных смысловым содержанием, называют сообщением.
Источниками сообщений могут быть голос, изображения, текст, данные. Для передачи звука традиционно используется телефон, изображений – телевидение, текста – телеграф (телетайп), данных – вычислительные сети. Передача документов (текста) может быть кодовой или факсимильной. Для передачи в единой среде звука, изображений и данных применяют сети, называемые сетями интегрированного обслуживания.
Кодовая передача сообщений между накопителями, находящимися в узлах информационной сети, называется телетексом (в отличие от телекса – телетайпной связи), а факсимильная связь называется телефаксом. Виды телетекса: электронная почта (E-mail) – обмен сообщениями между двумя пользователями сети, обмен файлами, “доска объявлений” и телеконференции – широковещательная передача сообщений.
Установление соединения между отправителем и получателем с возможностью обмена сообщениями без заметных временных задержек характеризует режим работы on-line (“на линии”). При существенных задержках с запоминанием информации в промежуточных узлах имеем режим off-line (“вне линии”).
При обмене данными между узлами используются три метода передачи данных:
· полудуплексная (прием/передача информации осуществляется поочередно);
· дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.
Для передачи данных в информационных системах наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная (рис 1.1).
Рис. 1.1. Асинхронная и синхронная передача данных
При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой. Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности равняется единице, если количество единиц в символе нечетно, и нулю в противном случае). Последний бит “стоп бит” сигнализирует об окончании передачи. В некоторых системах используется подтверждение связи.
Подтверждение связи – метод передачи данных, при котором каждая операция передачи требует сигнала подтверждения от приемника.
Сигнал подтверждения не посылается приемником, если переданный байт принят с ошибкой.
Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит нерегулярно и не требуется высокая скорость передачи данных.
Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.
Недостатки: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.
При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блокапередаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность принятой информации.
Преимущества: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.
Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.
1.3. Протоколы. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем
Международная организация по стандартизации (ISO), основываясь на опыте многомашинных систем, который был накоплен в разных странах, выдвинула концепцию архитектуры открытых систем – эталонную модель, используемую при разработке международных стандартов.
Базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС, OSI – Open System Interconnection model) – это модель, принятая ISO для описания общих принципов взаимодействия информационных систем. Модель OSI признана всеми международными организациями как основа для стандартизации протоколов информационных сетей.
На основе этой модели вычислительная сеть предстает как распределенная вычислительная среда, включающая в себя большое число разнообразных аппаратных и программных средств. По вертикали данная среда представляется рядом логических уровней, на каждый из которых возложена одна из задач сети. По горизонтали информационно-вычислительная среда делится на локальные части (открытые системы), отвечающие требованиям и стандартам структуры открытых систем.
В модели OSI информационная сеть рассматривается как совокупность функций, которые делятся на группы, называемые уровнями. Разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.
Часть открытой системы, выполняющая некоторую функцию и входящая в состав того или иного уровня, называется объектом. Правила, по которым осуществляется взаимодействие объектов одного и того же уровня, называются протоколом.
Протокол – это совокупность соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена.
Протоколы определяют порядок обмена информацией между сетевыми объектами. Они позволяют взаимодействующим рабочим станциям посылать друг другу вызовы, интерпретировать данные, обрабатывать ошибочные ситуации и выполнять множество других различных функций.
Большое число уровней, используемых в модели, обеспечивает декомпозицию информационно-вычислительного процесса на простые составляющие.
1.4. Классификация сетей
Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети:
· территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN (Wide Area Network);
· локальные (ЛВС) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
· корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet. Это всемирная компьютерная сеть, сеть сетей, объединяющая посредством межсетевых интерфейсов многие сети. Internet охватывает американский континент, Европу, Азию. В настоящее время сеть Internet объединяет более 2,5 млн. компьютеров многих стран мира и доступна нескольким десяткам миллионов пользователей.
С технической точки зрения Internet – объединение транснациональных компьютерных сетей, работающих по самым разнообразным протоколам, связывающим всевозможные типы компьютеров, физически передающих данные по телефонным проводам и оптоволокну, через спутники и радиомодемы. Координацию сети осуществляет Центр информационных сетей при Стенфордском исследовательском институте в Менло Парк, Калифорния.
На российском рынке глобальных вычислительных сетей наиболее активно и эффективно функционируют следующие сетевые структуры: РОСПАК, GLASNET, РЕЛКОМ, ИНФОТЕЛ.
Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.
В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации. Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.
Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению.
Подсети в интерсетях объединяются в соответствии с выбранной топологией с помощью блоков взаимодействия. Топология – геометрическое отображение отношений в сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры. Топологии сетей будут рассмотрены ниже.
В зависимости от способа управления различают сети:
· “клиент/сервер” – в них выделяется один или несколько узлов (серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи;
· одноранговые – в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.
В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ – неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.
В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN – Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN – Public Switched Data Network).
