Алешин Л.И., Максимов Н.В. Информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

261

скоростью 10 Мб/с. В больших сетях с интенсивным обменом файлами,

в том числе графическими и аудиовизуальными, печатью на сетевом

принтере и другое, такой скорости недостаточно. В этом случае исполь-

зуют оборудование, позволяющее поддерживать скорость обмена дан-

ными до 100 Мб/с. Такие сетевые адаптеры и концентраторы дороже, но

они позволяют легко модернизировать и наращивать сеть, что, несо-

мненно, окупается. Известно, что просто замена оборудования всегда

дороже его модернизации.

Повторитель (англ. «Repeater») служит для регенерации электри-

ческих сигналов , передаваемых между двумя сегментами ЛВС, если она

не может работать на одном сегменте кабеля или ограничений на рас-

стояние, число узлов.

Концентратор (англ. «Hub») – устройство, позволяющее соеди-

нить компьютеры (РС или Клиенты) с сервером или несколько ЛВС в

интерсеть для организации иерархических структур и разветвления сети.

Бывают пассивными и активными. К одному концентратору можно под-

ключить от двух, четырёх до нескольких десятков компьютеров.

Мост (англ. «Bridge») служит для соединения разных подсетей,

имеющих, в том числе, неодинаковые канальные протоколы.

Шлюз (англ. «Gateway») – межсетевой преобразователь, служит

для соединения информационных сетей различной архитектуры с не-

одинаковыми сетевыми протоколами.

Как правило, в сетях приём и передача информации между не-

сколькими абонентами организуются с помощью специальных уст-

ройств разделения и уплотнения канала. Абоненты обычно не знают об

этом, так как качество связи не ухудшается, а сигналы в таком канале

одних абонентов не влияют и не мешают другим. Такое разделение ка-

нала называется мультиплексированием, а устройства разделения и

уплотнения канала – мультиплексорами. Мультиплексирование бывает

временное, при этом передача информации различных абонентов в од-

ном канале происходит по очереди в отдельные отрезки времени, и час-

тотное, то есть каждая линия, образуемая в данном канале, занимает

свой частотный диапазон в рамках общего диапазона канала.

Очевидно, что оперативность передачи данных зависит и от воз-

можности выбирать оптимальные маршруты доставки данных. Проклад-

ка маршрутов в сети связи при передаче данных вызывает значительные

трудности. Выбор оптимального маршрута является сложной научной и

практической задачей и осуществляется специальными устройствами –

маршрутизаторами (англ. «Router»). Основная их характеристика –

обеспечивать минимальное время передачи данных (пакетов) при мини-

мальной стоимости передачи. Кроме того, они выполняют следующие

функции: «моста» между ЛВС и Интернетом: соединения (объединения)

локальных сетей (маршрутизации): защиты ЛВС от несанкционирован-

ного доступа (Firewall). Маршрутизатор может представлять программ-

ное, техническое и программно-техническое средство. Он является пол-

262

ноценным ресурсом Интернета, имеет свой IP-адрес и, как правило,

предназначен для работы к корпоративных и территориальных сетях.

Под маршрутизатор выделяется специальный ПК. Между собой

маршрутизаторы разных сетей обычно соединяют оптоволоконными ли-

ниями связи. Каждый маршрутизатор постоянно сообщает своему окру-

жению о «подведомственной» ему территории, остальные отслеживают

эти данные, в т.ч. возникающие изменения.

В небольших сетях на одном из ПК устанавливают программу для

маршрутизации. В качестве универсального маршрутизатора можно

привести пример устройства U.S.Robotics USR8000, представляющего

четырёхпортовый концентратор сетей 10/100 Ethernet, принт-сервер,

сервер настройки DHCP, маршрутизатор и брандмауэр. DHCP-сервер.

при установленном протоколе TCP/IP и включенной опции «Получить

IP-адрес автоматически», позволяет при следующем включении присво-

ить уникальный IP-адрес новому узлу. Благодаря встроенному бранд-

мауэру маршрутизатор за одним IP-адресом скрывает от внешней среды

всю внутреннюю сеть.

Модемы и факс-модемы

Модем – устройство преобразования цифровых данных ЭВМ для

передачи их по линиям связи. Он необходим для связи удалённых ком-

пьютеров между собой с целью обеспечения доступа к хранящейся на

них или других удаленных ПК информации.

Принцип работы модемов и протоколы работы модемов в сети

рассматриваются в теме 15.

Дословный перевод названия устройства означает «модулятор–

демодулятор». Данное устройство содержит элементы прямого и обрат-

ного преобразования сигналов машиночитаемых кодов компьютера в

сигналы, передаваемые по линиям связи, так как телефонные сети по-

зволяют передавать аналоговые сигналы, в то время как вычислительная

техника работает с цифровыми сигналами.

Модуляция – изменение какого-либо параметра сигнала в канале

связи (модулируемого сигнала) в соответствии с текущими значениями

передаваемых данных (модулирующего сигнала). Модуляция означает

перенос низкочастотного сигнала в высокочастотный спектр с помощью

несущей – высокочастотного сигнала (волны), то есть преобразование

сигнала в вид, необходимый для передачи по линиям связи на различные

расстояния. Потребность в использовании такого метода связана с тем,

что высокочастотная электромагнитная волна гораздо лучше распро-

страняется в пространстве, чем низкочастотная. Демодуляция – обратное

преобразование модулированного в модулирующий сигнал.

В модемах используются амплитудная, частотная (FSK – Fre-

quency Shit Keying), фазовая (PSK – Phase Shift Keying) и квадратурно-

амплитудная (QAM – Quadrature Amplitude Modulation) модуляция.

263

Кроме того, модем осуществляет автоматический набор телефонного

номера и контроль за безискажёнными приёмом и передачей информа-

ции.

Амплитуда – состояние сигнала, представляющее его громкость

(размах передаваемой волны). Передача информации с использованием

амплитудной модуляции используется редко из-за подверженности тако-

го сигнала воздействию шумов, приводящей к искажению передаваемых

данных.

Фазовая модуляция – метод кодирования цифровых данных путём

изменения фазы, сдвиг которой образуется в случае задержки передачи

сигнала. Он используется для представления «нуля» и «единицы». Ме-

тод наиболее часто применяется в модемах в сочетании с другими мето-

дами модуляции.

Частотная модуляция – изменение частоты передачи несущей

волны. Разная частота несущей означает передачу «нуля» или «едини-

цы». Метод использовался ещё при передаче кодов Морзе, осуществ-

ляющейся замыканием телеграфного ключа.

Модемы обычно обеспечивают связь компьютеров между собой

по любым каналам связи. То есть они организуют передачу данных с

помощью встроенных в них устройств преобразования кодов, служащих

для быстрой и помехозащищённой передачи информации. Одной из

важнейших характеристик модема является его способность обеспечи-

вать надёжную связь даже на линиях плохого качества (чувствитель-

ность, регулировка связи и уровня выходного сигнала). Первый и третий

факторы компенсирует затухание телефонной линии, второй – коррек-

тирует зашумлённость линии.

По способу подключения к компьютеру модемы бывают:

● внутренними (англ. «internal») – устанавливаемыми в свободный

слот материнской платы в системном блоке компьютера;

● встроенными (англ. «embedded») – входящими в базовую кон-

фигурацию ПК;

● внешними (англ. «external»).

Модемы изготавливаются для работы в кабельных или беспровод-

ных сетях. Кабельные модемы могут функционировать в различных

проводных линиях, в том числе кабельного телевидения.

Обычно модемы подключаются к телефонной линии специальным

телефонным шнуром, на обеих сторонах которого установлены вилки

«RJ11». Внутри шнура имеются четыре провода. Для отечественных те-

лефонных линий используются два средних провода (зелёный и крас-

ный). Телефонная линия подключается к разъёму «Line», а телефонный

аппарат – к разъёму «Phone». Эти разъёмы располагаются на внешней

стороне модема.

Кроме того, в нём могут быть установлены переключатели или пе-

ремычки для выбора порта подключения модема и номера запроса на

264

прерывание «IRQ». Обычно в стандартном компьютере существует два

последовательных порта (25- и 9-штырьковые) с логическими именами

«COM1» и «COM2», к которым подключаются мышь и другие внешние

устройства. Внутренний модем содержит дополнительный COM-порт

(«COM3» или «COM4»). Порты «COM1» и «COM3» используют преры-

вание IRQ 4, а «COM2» и «COM4» – IRQ 3. В компьютере свободными

обычно бывают прерывания 5,9, 10 и др. Для внутреннего модема можно

выбрать, например, порт «COM3» и прерывание IRQ 5.

Для внешнего модема не требуется выбирать порт и прерывание,

так как он подключается к одному из свободных последовательных пор-

тов RS-232 («COM1» или «COM2»). Однако в этом случае не остаётся

свободных портов для возможного подключения других внешних уст-

ройств. К телефонному каналу такой модем также подключается через

разъём «RJ11».

В сетях кабельного телевидения для подключения модема к ком-

пьютеру используют технологию, основанную на Ethernet 10BaseT.

Имея встроенный адаптер Ethernet, модем подключается к локальной се-

ти или компьютеру. При этом в компьютер должен быть установлен

адаптер Ethernet, специальное ПО, обслуживающее протокол сетей Ин-

тернет (TCP/IP).

В компьютерных сетях применяются как модемы, так и факс-

модемы.

Факс-модем по своим функциональным возможностям не эквива-

лентен факсимильному аппарату. Основное отличие заключается в том,

что в состав факсимильного аппарата всегда входит сканирующее уст-

ройство (обеспечивает считывание любого контрастного изображения с

листа бумаги), принтер и факс-модем (обеспечивает только передачу

изображений или текста, хранящихся в цифровом виде в памяти компь-

ютера). Кроме того, последний фактически является не самостоятель-

ным устройством, а расширением персонального компьютера, и может

функционировать лишь при включенном состоянии компьютера. В нём

используются устройства телефонного аппарата, обеспечивающие со-

гласование с линией связи и организацию посылки-приёма вызова або-

нента. Информация представляется только в «электронном» виде. Факс-

модем обеспечивает более высокое качество передаваемых изображе-

ний. При этом можно обеспечить конфиденциальность передачи сооб-

щений, быстрый доступ к данным, распечатку на высококачественных

принтерах и др. Всё это производится в фоновом режиме работы ПК.

Внешние устройства воспринимают факс-модем как факсимильный ап-

парат группы 03 (по классификации МККТТ).

Программная поддержка факс-модема обычно предусматривает

соединение и набор заданного номера абонента, архивирование сообще-

ний, создание каталогов, рассылку по списку адресов, отправление в за-

данное время, автоответ и другие функции.

Различают режимы факса и модема. При работе факс-модема в

265

режиме модема (англ. «handshake» – «рукопожатие») слышен звук, на-

поминающий «свист», а при факсимильном соединении – «булькаю-

щий» звук.

Факс-модемы так же бывают внутренними (факсимильная плата

или карта) и внешними. Факсимильная плата встраивается в свободный

слот компьютера. Она обеспечивает преобразование передаваемых фай-

лов в стандартный факсимильный формат, а принимаемых – в формат

графических файлов (как правило, TIFF); соединение с телефонной ли-

нией, набор номера абонента, приём и передачу сообщений, режим ав-

тоответа, задержанную передачу и др.

Для их подключения необходимо наличие стандартного разъёма,

интерфейсного кабеля и ПО для форматирования и переноса данных из

персонального компьютера в телефакс.

Передача факсимильных сообщений по компьютерным сетям

осуществляется следующим образом:

1. Документ вставляют в факсимильный аппарат, набирают после-

довательно номер факс-шлюза отправляющего абонента (IP/FaxRouter) и

получателя. Начинается пересылка документа.

2. IP/FaxRouter устанавливает связь с IP-адресом факс-шлюза по-

лучателя, а затем с его телефонным номером.

3. Преобразовав аналоговые данные факс-аппарата в IP-пакеты, он

посылает их по сети IP/FaxRouter. Последний, освободив внешнюю ли-

нию связи, посылает данное сообщение абоненту-получателю.

Важным параметром модемов является скорость передачи данных,

определяемая в битах в секунду (англ. «Bits Per Second», bps), в бодах

(англ. «baud») и символах в секунду (англ. «Characters Per Second», cps).

Единица «бод» была названа в честь французского изобретателя теле-

графного аппарата Эмиля Бодо. Боды определяют количество любых

переданных (не только информационных) битов в секунду. При переда-

че через модем данных по телефонной линии с высокой скоростью, зна-

чения в битах в секунду и в бодах могут различаться.

Термин «символ в секунду» более реально показывает скорость

передачи данных, так как не учитывает служебные биты, не несущие

полезной информации. Данный из компьютера через модем в линию

связи передаются последовательно бит за битом. Обычно одновременно

с байтом полезной информации передаются служебные биты, поэтому,

чтобы узнать сколько фактически байт в секунду было передано через

модем, необходимо разделить величину скорости в битах за секунду на

10. С учётом использования технологии коррекции ошибок и проверки

на чётность скорость оказывается ещё меньше, а при использовании

протоколов сжатия передаваемой информации скорость может возрасти.

266

Вопросы для самопроверки:

1. Виды и средства связи (характеристика).

2. Каналы и кабели связи (назначение, основные характеристики).

3. Беспроводные линии (характеристика).

4. Передача данных в сетях (назначение, характеристика).

5. Виды передачи данных в сетях (характеристика).

6. Технические средства передачи информации в сетях (назначе-

ние, характеристика).

7. Модемы (назначение, основные характеристики).

Тема 15. Сетевые информационные технологии

Потребность общения вызывает у социума стремление организо-

вывать удобные для него средства, позволяющие реализовать государст-

венные, общественные и личные нужды в этой области. На протяжении

веков этому способствовали средства связи. Современные информаци-

онные технологии в области обмена информацией позволяют не только

совершенствовать существовавшие ранее, но и создавать новые.

В начале прошлого века лишь телефонная связь, образованная на

базе местных, городских, государственных и, затем, международных

проводных телефонных сетей, давала возможность непосредственного

голосового общения между людьми. Во второй половине прошлого века

телевидение позволило организовать беспроводные сеансы аудиовизу-

ального общения. В конце XX века появились компьютеры и специаль-

ное коммуникационное оборудование, объединение которых первона-

чально в локальные, а затем в городские, государственные и междуна-

родные сети привело к созданию глобальной телекоммуникационной

вычислительной и информационной среды.

Ныне практически нет такой предметной области, где бы ни при-

менялись сетевые информационные технологии. Теоретические иссле-

дования и практический опыт позволили не только повсеместно вне-

дрять новые информационные технологии в любые сферы жизнедея-

тельности общества, но и сформировали и научно обосновали основные

принципы создания информационных сетей.

Данная тема посвящена рассмотрению проблем организации ин-

формационных сетей и передачи в них информации.

Типы и топология сетей

Любые сети, созданные или проложенные по каким-либо террито-

риям с помощью технических средств и ориентированные на обслужи-

вание различных категорий пользователей, составляют инженерную ин-

фраструктуру жилых и производственных объектов, городов и госу-

дарств. Они имеют определённую структуру, позволяющую наиболее

эффективно реализовать потребности государств, общественных форма-

267

ций, отраслей хозяйства и личностей. В информационных процессах,

системах и технологиях под термином «сеть» понимают как минимум

несколько компьютеров и иных вычислительных машин, соединённых

между собой с помощью специального оборудования для обеспечения

вычислений и обмена различными видами информации. Сложные сети

подразумевают большое количество пользователей, разветвлённую

структуру, узлы коммутации и коммуникации, соединяющие всех в еди-

ную структуру.

Коммуникационная сеть – система объектов, осуществляющих

функции создания (генерации), преобразования, хранения и потребления

продукта и линий передачи, по которым осуществляется передача этого

продукта внутри сети. Объекты такой системы называют пунктами или

узлами сети, а линии – коммуникациями, соединениями или каналами

связи. Продуктом в таких сетях может быть энергия, масса и информа-

ция.

Создание первых коммуникационных компьютерных сетей, ори-

ентированных, в первую очередь, на проведение математических вычис-

лений, породило их название – «вычислительные сети».

Вычислительная сеть – компьютерная коммуникационная сеть,

предназначенная для проведения измерений, экспериментов, сложных

объединённых математических вычислений и т.п. работ, в том числе в

автоматических и автоматизированных системах.

Почти сразу же с появлением вычислительных сетей, они стали

использоваться для обмена различного рода данными (сети передачи

данных) и информацией. Развитие компьютерных сетей и сетевых тех-

нологий показало возможность с их помощью наиболее полно раскрыть

информационную сущность сетей и организовать широкомасштабное

информационное обеспечение социума. Это привело к тому, что вычис-

лительные сети, обеспечивающие обмен информационными ресурсами,

стали называть «информационными сетями». При этом не предполагает-

ся отказаться от проведения сетевых вычислений, более того эта техно-

логия постоянно совершенствуется, и ныне объединённые в информаци-

онную сеть суперкомпьютеры позволяют проводить сверхбыстрые вы-

числения, связанные с потребностями любых предметных областей.

Информационная сеть – коммуникационная сеть, в которой ин-

формация выступает в качестве продукта создания, переработки, хране-

ния и использования.

Отметим, что вычислительные устройства, используемые при соз-

дании сетей, исторически носят различные названия: вычислительные

машины (ВМ), электронно-вычислительные машины (ЭВМ), мини- и

микро-ЭВМ, компьютеры, в том числе персональные (ПК), суперком-

пьютеры и др. Они могут выполнять и специфические, отличные друг от

друга функции, однако в нашем случае будем воспринимать их как ана-

логичные устройства и в тексте использовать, как синонимы.

Итак, перейдём к рассмотрению видов и типов сетей.

268

По функциональной принадлежности выделим сети:

● Информационные,

● Вычислительные,

● Информационно-вычислительные.

По методам передачи данных существуют сети с:

1) передачей данных по выделенным каналам связи;

2) коммутацией каналов;

3) коммутацией сообщений;

4) коммутацией пакетов сообщений.

Представленные систематизации сетей по функциональной при-

надлежности и методам передачи данных подразумевают их структури-

рование. Архитектура сети включает в себя три структуры:

● логическую,

● аппаратурную,

● программную.

Рассмотрение логической структуры необходимо при решении

исследовательских задач, состоящих из двух видов: анализа и синтеза.

Логическая структура сети предполагает наличие следующих компонен-

тов:

● компьютеров (вычислительных машин),

● главного управляющего компьютера,

● вспомогательного компьютера,

● коммуникационных устройств и систем,

● территориального оборудования.

Реальные структуры сети могут отличаться от логической. В од-

ной ЭВМ сети могут быть сосредоточены функции вычислительной,

главной управляющей и коммутационной машины.

Аппаратурная структура подразумевает в данном случае тополо-

гию сети, рассматриваемую в рамках данной темы.

Программная структура включает ОС, и различное ПО, обеспе-

чивающее взаимосвязь компьютеров в сетях, передачу информации, за-

щиту от несанкционированных действий и др. Программное обеспече-

ние рассматривается в теме 8.

Развитие компьютерных техники и технологий вызвало к жизни

потребность обмениваться информацией не только в одной организации,

но и с другими предприятиями и отдельными лицами, находящимися на

различном удалении друг от друга. Это способствовало развитию терри-

ториальных, региональных, международных (глобальных) компьютер-

ных систем и появлению всемирной «сети сетей» – Интернет. При этом

оказалось, что компьютер можно подключить к абонентской телефонной

сети и получить доступ к другим абонентам сети Интернет, электронной

269

почте, телетайпам и телефаксам, работающим с этой сетью и т.д. В об-

щем случае для создания простых, но эффективных автоматизирован-

ных информационных технологий можно использовать два–три ПК, по-

зволяющих, в том числе, создание раздельных, распределенных и интег-

рированных ресурсов.

Рост информационных систем, объединяющихся между собой для

обмена информацией и решения других задач, инициировал создание

международных сетей, а затем и Интернета. Разнородные сети физиче-

ски можно соединить каналами связи, но невозможно обеспечить функ-

ционирование различного технического и программного обеспечения

без согласования соответствующих параметров. Это обстоятельство

явилось решающим для формирования единых сетевых правил, а затем и

стандартов Интернета, повлиявшим на создание Интернет технологий.

Под технологией Интернет понимается совокупность правил и

процедур, в результате выполнения которых происходит получение

пользователем информационных ресурсов Интернета.

Структура технологии Интернет базируется на общей структуре

сетей и состоит из следующих элементов:

● аппаратное обеспечение – линии связи и необходимое оборудо-

вание (маршрутизаторы, сервера, пользовательские системы);

● программное обеспечение – серверные приложения, обеспечи-

вающие функционирование основных узлов сети, клиентское программ-

ное обеспечение (браузеры, почтовые программы, FTP-клиенты);

● организационное обеспечение – иерархическая структура, на

вершине которой находятся телекоммуникационные компании, владею-

щие крупными каналами связи. Ниже – региональные поставщики, про-

вайдеры Интернет услуг (первичные – владеющие собственными кана-

лами связи с опорной сетью и вторичные – арендующие каналы у пер-

вичных провайдеров и региональных телекоммуникационных компа-

ний).

Любая сеть характеризуется наличием одной или нескольких

структур, управляющих её работой и конечными пользователями (ис-

полнителями, клиентами, заказчиками и т.п.). В информационных сетях

управляющие системы называются серверами.

Под термином «сервер» (англ. «server» – обслуживающий процес-

сор, узел обслуживания) понимают подключенную к сети, достаточно

мощную вычислительную машину, обладающую определёнными ресур-

сами общего пользования, а также, как правило, возможностью объеди-

нять некоторое количество компьютеров как в локальной, так и в гло-

бальной информационных сетях. Серверы обычно выполняют функции

административного управления в сети и при этом называются админи-

страторами системы. В их задачи входит проверка работоспособности

системы (каналов, компьютеров, программ и т.п.); выявление сбоев, не-

санкционированного доступа и других нарушений в сети; восстановле-

270

ние работоспособности сети; учёт работы сети, подготовка отчётов о её

работе и предоставление пользователям информации о ресурсах сети.

По назначению серверы делятся на: файловый, коммуникацион-

ный, приложений, почтовый и др.

Исторически первым появился файловый сервер («File Server») и

предназначался для обеспечения клиентов определенными программами

и файлами. По запросам пользователей файл-сервер предоставляет ко-

пии определённых программных компонентов. Поэтому сервер должен

иметь мощные хранилища для всех требуемых программ. Работа файло-

вого сервера во многом соответствует централизованной диспетчериза-

ции.

Коммуникационный сервер обеспечивает вспомогательные функ-

ции связи, прокладывая оптимальные маршруты для доставки коррес-

понденции. Для этого он использует таблицы: контроль, состояние узлов

сети.

Сервер приложений («Application Server») выполняет все необхо-

димые работы, а пользователи имеют дело только с исходными данными

и с результатом обработки.

Почтовый сервер предназначен для организации электронной поч-

ты. Программное обеспечение почтового сервера можно установить на

любом ПК с любым доменным именем, даже третьего или четвёртого

уровня.

Кроме того, в сетях используют: сервер баз данных («Data Base

Server»), принт-сервер, факс-сервер и др. В качестве ПО наиболее широ-

ко применяется Windows NT.

Подключённые в сети к серверам компьютеры называют рабочими

станциями (РС) или клиентами. Разница заключается в применяемом

программном обеспечении, позволяющем использовать компьютеры в

сети только как сервер или как РС. Возможен вариант, когда любой

компьютер в сети может быть в одних условиях сервером, а в других –

«клиентом». «Клиентом» обычно считается менее мощный компьютер,

ресурсы которого не предоставляются в совместное использование в се-

ти. Сеть, образованная из компьютеров «серверов» и «клиентов», бази-

рующаяся на ПО, обеспечивающем их работу в таких режимах, называ-

ется «клиент-серверной».

Основной задачей сети является надёжная организация оператив-

ного обмена информацией между её абонентами, что выполняется сис-

темой передачи данных (СПД), организуемой в этой сети. Выполнение

такой цели зависит от выбранной структуры сети, пропускной способ-

ности её каналообразующей аппаратуры, способа передачи данных и др.

К основным требованиям, предъявляемым к сетям, относятся: про-

стота использования, высокая скорость передачи информации, низкая

стоимость и соблюдение секретности. Важными параметрами сетей яв-

ляются также открытость, надёжность, динамичность, автономность.

Кроме того, сеть определяется используемыми в ней ресурсами, про-