Актерский Ю.Е. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

• понятия: открытая система, эталонная модель взаимодействия открытых

систем, протокол, интерфейс, стек протоколов;

• стандарты архитектуры сетей ЭВМ и стандартные стеки коммуникационных

протоколов;

• основные характеристики каналов связи и физических линий передачи дан-

ных;

• методы передачи дискретных данных по каналам связи и способы контроля

правильности их передачи;

• базовые технологии построения локальных, корпоративных и глобальных

сетей ЭВМ;

• методы физической и логической структуризации сетей ЭВМ;

• особенности построения и функционирования глобальной сети Интернет;

• основные Web – технологии, языки и средства создания Web – приложений.

3. Владеть:

• навыками настройки и работы с сетевыми аппаратными и программными

средствами локальных сетей ЭВМ;

• навыками работы с программами – браузерами и поисковыми системами се-

ти Интернет;

• навыками работы с программами и системами электронной почты;

• навыками разработки и отладки Web – приложений;

• навыками анализа работоспособности и эффективности функционирования

оборудования и программных средств локальных сетей ЭВМ.

Учебная дисциплина «Сети ЭВМ и телекоммуникации» изучается в VII

семестре. Ее успешное освоение обучающимися обеспечивается предшествую-

щими дисциплинами: «Дискретная математика», «Информатика», «Схемотех-

ника ЭВМ», «Организация ЭВМ и систем», «Периферийные устройства», «Ар-

хитектура вычислительных систем» и др. В свою очередь, дисциплина «Сети

ЭВМ и телекоммуникации» является обеспечивающей для изучения дисциплин

по профилю подготовки военных специалистов на выпускных кафедрах.

Структура дисциплины и время, отводимое на изучение отдельных ее

разделов, представлены в таблице 1.

Таблица 1.1. Структура дисциплины

Название разделов дисциплины Время

Часть1. Принципы построения и функционирования сетей ЭВМ. 20 ч.

Часть 2. Основы передачи данных в телекоммуникационных сетях. 26 ч.

Часть 3. Локальные сети ЭВМ. 26 ч.

Часть 4. Глобальные сети ЭВМ. Общие сведения о сети Интернет и

Web – технологиях.

28 ч.

ИТОГО : 100 ч.

Вид отчетности – ЭКЗАМЕН

1.2. Общие сведения о системах телеобработки данных

Под телеобработкой понимается обработка данных (прием данных от

источника, их преобразование вычислительными средствами и выдача резуль-

татов потребителю), передаваемых по каналам связи. Различают системную и

сетевую телеобработку.

Системная телеобработка основана на принципе централизованной об-

работки данных, когда удаленным пользователям, как правило, не имеющим

своих вычислительных ресурсов, обеспечивается доступ к ресурсам одной вы-

сокопроизводительной ЭВМ (мэинфрейма) или вычислительной системы по

каналам связи.

Сетевая телеобработка основана на принципе распределенной обработ-

ки данных, реализуемой совокупностью ЭВМ, объединенных в сеть и взаимо-

действующих между собой с помощью каналов связи и специального сетевого

оборудования. В сетях ЭВМ обеспечивается доступ локальных и удаленных

пользователей к распределенным в сети информационно-вычислительным ре-

сурсам и базам данных.

1.2.1. Системная телеобработка данных

Системная телеобработка данных получила наибольшее распространение

в 70-х - 80-х годах ХХ века, в настоящее время продолжает широко использо-

ваться в различных отраслях экономики, промышленности и в военном деле.

Реализация данного вида обработки информации осуществляется на основе ис-

пользования систем телеобработки данных (СТОД).

Система телеобработки данных представляет собой совокупность тех-

нических и программных средств, обеспечивающих одновременный и незави-

симый удаленный доступ большого количества абонентов (пользователей, объ-

ектов управления) к централизованным информационно-вычислительным ре-

сурсам.

Структурная схема типовой системы телеобработки данных приведена на

рис. 1.1.

Л и н и и с в я з и

1 2 3

ЭВМ

(ПЭВМ, вычислительный комплекс вычислительная система)

Устройство сопряжения

Абонентский

пункт

АПД

ПУ

Абонентский

пункт

АПД

ПУ

Абонентский

пункт

АПД

ПУ

Абонентский

пункт

АПД

ПУ

АТС

Аппаратура передачи данных

АПД-1 АПД-2 АПД-NАПД-i

Рис. 1.1. Структура системы телеобработки данных

Технические средства СТОД, как правило, включают в себя:

 универсальную ЭВМ (ПЭВМ, вычислительный комплекс или систему);

 устройства сопряжения (УС) ЭВМ с аппаратурой передачи данных (АПД);

 аппаратуру передачи данных с линиями связи, образующими в совокупности

каналы связи (КС);

 абонентские пункты (АП).

ЭВМ является основным элементом и обеспечивает решение задач по об-

работке данных и управлению всей системой в целом.

Устройства сопряжения предназначены для обеспечения физического и

логического согласования ЭВМ и аппаратуры передачи данных. В качестве УС

применяются линейные адаптеры, мультиплексоры передачи данных, связные

процессоры и т.п.

Абоненты системы (пользователи, технические объекты) подключаются к

ЭВМ с помощью каналов связи. Каждый канал связи состоит из линии связи, по

которой передаются сигналы, и аппаратуры передачи данных, преобразующей

дискретные данные в сигналы, соответствующие конкретному типу линии свя-

зи, и наоборот. Канал связи может обслуживать единственного абонента, обра-

зуя двухточечное соединение (линия связи 1 на рис. 1.1), или одновременно не-

скольких абонентов, образуя многоточечное соединение (линия связи 2 на

рис.1.1). В этом случае абоненты разделяют между собой канал во времени,

принимая адресованные им данные и снабжая передаваемые данные адресом

(номером) источника.

Для передачи информации могут использоваться некоммутируемые (по-

стоянно выделенные абоненту) и коммутируемые каналы. В последнем случае

для подключения удаленных абонентов могут использоваться телефонные ли-

нии связи и автоматические телефонные станции (АТС) (линия связи 3 на

рис. 1.1).

Абоненты взаимодействую с ЭВМ через абонентские пункты. Абонент-

ский пункт содержит в своем составе АПД, обслуживающую канал связи, набор

ПУ, используемых для ввода-вывода данных, и обеспечивает обмен данными

между каналом связи и периферийными устройствами. В качестве ПУ абонент-

ских пунктов наиболее широко используются различные клавиатуры, дисплеи и

печатающие устройства.

Функционирование технических средств систем телеобработки поддер-

живается программными средствами. Программные средства СТОД включают

в себя специальные модули операционной системы ЭВМ, прикладные или

пользовательские программы, реализующие телекоммуникационные методы

доступа к информации и обеспечивающие решение следующих задач:

 управление работой ЭВМ в различных режимах телеобработки;

 прием данных от абонентов и их редактирование;

 управление очередями на прием и передачу данных;

 организация соединений с требуемыми абонентами;

 передача результатов обработки данных абонентам;

 обработка ошибок и восстановление работоспособности системы.

Системы телеобработки данных обеспечивают решение следующих за-

дач:

 дистанционные вычисления, при выполнении которых с АП по каналам свя-

зи в ЭВМ вводятся исходные данные, а обратно выдаются результаты их об-

работки;

 дистанционный информационно-справочный режим, при котором по запро-

сам АП из баз данных ЭВМ им предоставляется необходимая информация;

 дистанционный режим сбора данных, формируемых абонентами системы;

 коллективный доступ к ЭВМ абонентов с удаленных АП.

Таким образом, основной целью создания и основным достоинством сис-

тем телеобработки является повышение эффективности обработки данных за

счет оперативного приема их непосредственно от источников информации и

выдачи результатов обработки к местам их использования. Кроме того, телеоб-

работка позволяет эффективно использовать мощные ЭВМ за счет высокого

уровня их загрузки и возможности создания на их основе больших баз данных.

Наряду с указанными достоинствами СТОД имеют и ряд существенных

недостатков:

 неравномерная интенсивность запросов от абонентских пунктов может при-

вести к частичному простою оборудования ЭВМ или возникновению пико-

вых нагрузок;

 отказ или сбой функционирования центральной ЭВМ приводит к наруше-

нию работоспособности всей системы телеобработки;

 отказ отдельных каналов связи делает полностью невозможным взаимодей-

ствие соответствующих абонентских пунктов с ЭВМ;

 невозможность информационного взаимодействия между различными

СТОД.

1.2.2. Сетевая телеобработка данных

Недостатки централизованных систем телеобработки данных и техноло-

гический прорыв в области производства электронных компонентов привели к

возникновению концепции объединения удаленных друг от друга ЭВМ в еди-

ную систему. Реализация данной концепции привела к созданию сетей ЭВМ и

технологии распределенной обработки данных. Наиболее широкое внедрение

сетей ЭВМ во все сферы человеческой деятельности началось в середине 70-х

годов ХХ века и продолжается по настоящее время.

Сеть ЭВМ (вычислительная сеть, компьютерная сеть) – это сеть обмена

и распределенной обработки информации, образуемая множеством абонент-

ских систем, взаимодействующих между собой посредством телекоммуникаци-

онной сети.

Абонентская система (АС) - это совокупность аппаратных и программ-

ных средств ЭВМ (ПЭВМ, рабочей станции, вычислительного комплекса и

т.п.), периферийного оборудования и средств связи с телекоммуникационной

сетью, реализующих прикладные процессы.

Телекоммуникационная сеть (ТКС) - это совокупность физических линий

связи, аппаратных и программных средств, обеспечивающих информационное

взаимодействие абонентских систем.

Прикладные процессы - это различные процедуры ввода, хранения, обра-

ботки и выдачи информации, выполняемые абонентскими системами по запро-

сам и в интересах пользователей вычислительной сети.

Обобщенная схема сети ЭВМ представлена на рис. 1.2.

Целесообразность создания сетей ЭВМ обусловливается двумя основны-

ми факторами:

 возможностью использования территориально рассредоточенными пользо-

вателями программного обеспечения и информационных ресурсов, разме-

щенных в различных абонентских системах сети;

 возможностью организации распределенной обработки данных вычисли-

тельными ресурсами нескольких абонентских систем сети для решения осо-

бо сложных задач.

В общем случае сети ЭВМ позволяют:

 обеспечить широкий дистанционный доступ пользователей к аппаратным,

программным и информационным ресурсам сети;

 повысить уровень загрузки и эффективность использования оборудования

абонентских систем сети;

Телекоммуникационная

сеть

АС

i+2

АС

i+1

АС

i-1

АС

N-1

Рис. 1.2. Обобщенная схема сети ЭВМ

 оперативно перераспределять нагрузку между вычислительными средствами

абонентских систем с целью недопущения ее пиковых значений;

 создавать распределенные по сети и централизованные базы данных;

 увеличить надежность обработки и передачи данных за счет избыточности и

возможности резервирования отдельных технических компонентов сети.

Сети ЭВМ могут характеризоваться совокупностью показателей качест-

ва, к основным из которых относятся следующие:

 функциональные возможности сети –– перечень основных информационно-

вычислительных услуг, предоставляемых пользователям сети;

 производительность сети –– среднее количество запросов пользователей се-

ти, обслуживаемых за единицу времени;

 пропускная способность сети –– объем данных, передаваемых по сети или

отдельному ее сегменту за единицу времени;

 надежность сети –– среднее время наработки на отказ основных компонен-

тов сети;

 информационная безопасность сети –– вероятность несанкционированного

доступа к обрабатываемой и передаваемой по каналам сети информации;

 масштабируемость сети –– возможность расширения сети без заметного

снижения ее производительности.

1.3. Общие сведения о телекоммуникационных сетях

Телекоммуникационная сеть - это совокупность физических линий связи,

аппаратных и программных средств, обеспечивающих информационное взаи-

модействие абонентских систем.

В общем случае телекоммуникационную сеть образуют каналы связи и

узлы коммутации (УК).

Обобщенная схема телекоммуникационной сети представлена на рис. 1.3.

Узлы коммутации представляют собой специализированные ЭВМ, мос-

ты, коммутаторы, маршрутизаторы или модульные концентраторы, управляю-

щие выбором маршрутов передачи данных в сети.

Узлы коммутации и абонентские системы обобщенно называются око-

нечным оборудованием данных (ООД).

Каналом связи называют физическую среду и аппаратуру передачи дан-

ных (АПД), осуществляющих передачу информации от одного узла коммута-

ции к другому либо между узлом коммутации и абонентской системой.

Физическая среда передачи данных - это пространство или материал,

обеспечивающие распространение информационных сигналов.

В качестве физической среды передачи данных в телекоммуникационных

сетях могут использоваться:

 проводные (воздушные) линии связи – не изолированные провода, натяну-

тые между телеграфными столбами и висящие в воздухе;

 кабельные линии связи - кабели на основе витых пар медных проводов, ко-

аксиальные кабели, волоконно-оптические кабели и т.п.;

 радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Аппаратура передачи данных – совокупность технических средств, пред-

назначенных для преобразования дискретных сигналов, формируемых пере-

дающим ООД, в сигналы, передаваемые по физическим линиям связи, и обрат-

ного преобразования сигналов, поступающих по линиям связи в принимающее

ООД.

Рис. 1.3. Обобщенная схема телекоммуникационной сети

АС

i+2

АС

i+1

АС

i-1

АС

N-1

УК

Телекоммуникационная

сеть

В качестве АПД используются модемы, сетевые адаптеры (сетевые кар-

ты), оптические модемы, устройства подключения к цифровым каналам и т.п.

При большой протяженности линий связи АПД может включать промежуточ-

ное оборудование в виде различных усилителей – формирователей передавае-

мых сигналов.

Состав канала связи телекоммуникационной сети представлен на рис. 1.4.

К основным характеристикам телекоммуникационных сетей относятся:

 пропускная способность сети или отдельного канала связи;

 достоверность передачи данных;

 надежность работы.

Пропускная способность сети (канала) – максимально возможное коли-

чество информации, которое может быть передано по сети (по каналу) за еди-

ницу времени. Пропускная способность измеряется в битах в секунду (бит/с), в

килобитах в секунду (Кбит/с), в мегабитах в секунду (Мбит/с), в гигабитах в се-

кунду (Гбит/с) и т.д.

Достоверность передачи данных – вероятность искажения каждого пере-

даваемого бита информации. Для проводных линий связи вероятность искаже-

ния бита информации составляет 10

–3

– 10

–4

, для кабельных – 10

–5

– 10

–6

, для

оптоволоконных линий – 10

–8

– 10

–9

Надежность – свойство телекоммуникационной сети сохранять во вре-

мени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих

способность сети выполнять требуемые функции в заданных условиях приме-

нения.

Абонентская

система

(узел комму-

тации)

Модем

(сетевой

адаптер)

Уси-

литель

Уси-

литель

Модем

(сетевой

адаптер)

Абонентская

система

(узел комму-

тации)

Физическая среда

передачи данных

Канал связи

Оконечное

оборудова-

ние данных

Оконечное

оборудова-

ние данных

Рис. 1.4. Состав канала связи

Оконечное

оборудова-

ние данных

Аппаратура

передачи

данных

Аппаратура

передачи

данных