Ильин А.А., Евсюков В.В., Ильин Р.А. Информатика

Подождите немного. Документ загружается.

–

301

–

В последнее время активно внедряется технология DSL (digital signal line)

с цифровой передачей данных по имеющимся телефонным линиям связи,

обеспечивающая для усовершенствованного варианта ADSL передачу данных

со скоростью до 2 Мбит/с. Использование этой технологии предполагает

установку на пользовальском компьютере ADSL-модема; оплата провайдеру

при выходе в Интернет, как правило, осуществляется с учетом объема трафика.

В основе глобальных

сетей с открытой архитектурой используется

многоуровневый принцип передачи сообщений. В соответствии с сетевой

моделью OSI, формирование сообщения осуществляется на самом верхнем

уровне (прикладном). Далее сообщение проходит последовательно все уровни

до нижнего (физического), где передается по каналу связи в сторону

получателя. По мере прохождения каждого уровня системы сообщение

трансформируется и к нему

поочередно добавляется соответствующий

заголовок со служебной информацией. В узле получателя сообщение проходит

от нижнего уровня к верхнему, при этом каждый уровень снимает

соответствующий ему заголовок.

Управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего

уровня модели OSI. В целом для этих протоколов характерно выполнение ряда

процедур: инициализации связи, передачи и приема данных, завершения

обмена. Идентификация

рабочих станций в сети осуществляется через сетевой

адрес или индивидуальное имя. Протоколы определяют особенности

приема/передачи сообщений между отправителем и получателем (обычно

вводятся ограничения на длину сообщений). Наиболее распространенным

протоколом управления обменом данных является протокол TCP/IP.

В глобальных сетях при организации обмена используются два способа:

без установления логического соединения между двумя

взаимодействующими

узлами и с установлением логического соединения.

Способ связи без установления логического соединения широко

используется в сетях с коммутацией пакетов с представлением каждого пакета

отдельным объектом с его независимой доставкой получателю (используется в

сети Интернет). Для этого способа характерна возможность передачи любых

пакетов в произвольные моменты времени, при занятости необходимого

канала связи возможна посылка по другим маршрутам в направлении

получателя. Данный способ относится

к категории наиболее простых способов,

не требующих посылки подтверждения от получателя к отправителю. При

малой загруженности каналов связи данный способ позволяет значительно

сократить время на передачу длинных сообщений. Однако, при увеличении

загруженности каналов вероятны задержки пакетов, возможна потеря

отдельных пакетов.

Способ связи с установлением логического соединения обеспечивает

более высокий уровень сервиса (используется в сетях АТМ, Frame Relay, X.25).

–

302

–

До начала непосредственной передачи данных между узлами отправителя и

получателя сообщения устанавливается логический виртуальный канал. При

этом отправитель посылает запрос на соединение удаленному абоненту, в

ответ на который абонент отправляет сигнал подтверждения и только затем

начинается передача данных. После завершения обмена данными абонент

отправляет уведомление отправителю (инициатору установления логического

канала), трактуемое

как сигнал о разъединении канала. Данный способ широко

применяется в виртуальных сетях. Он обеспечивает большую оперативность в

обмене данными и гарантированную надежность их доставки. Способ

эффективен при долговременном характере взаимодействия без существенных

пауз в потоке передаваемых данных.

Одной из важнейших задач, возникающих при организации сетей со

сложной структурой и особенно

глобальных сетей, является решение вопросов

маршрутизации, нацеленных на выбор оптимального маршрута для передачи

данных от отправителя к получателю. Современные сети (локальные,

глобальные, корпоративные) имеют сложную структуру со смешанной

топологией, что предопределяет необходимость целенаправленного

определения конкретного маршрута передачи из совокупности потенциально

возможных решений. Особую актуальность данный вопрос приобретает в

сетях с произвольной

(в виде свободной совокупности ячеек) топологией,

характерной для глобальных сетей.

Основными целями маршрутизации являются:

• минимизация времени доставки сообщения (пакета) от отправителя к

получателю;

• достижение максимальной пропускной способности сети в целом, что

достигается, в частности, равномерной загрузкой различных каналов связи;

• обеспечение надежной доставки сообщений.

Крупнейшей компьютерной сетью глобального

уровня, ориентированной

на сферу банковской деятельности, является

сеть SWIFT. По мере своего

развития она все шире использует подходы, применяемые при построении

открытых систем, что упрощает ее связь с различными глобальными и

региональными сетями. Компоненты сети SWIFT находятся во всех частях

света. В обобщенной архитектуре сети SWIFT выделяются четыре уровня:

• автоматизированные банковские системы (АБС) абонентов сети

(банков);

• региональные процессоры, принимающие

сообщения со стороны АБС

и производящие их предварительную проверку;

• групповые процессоры, обеспечивающие хранение сообщений и их

маршрутизацию;

–

303

–

• системные управляющие процессоры (расположены в двух удаленных

друг от друга центрах и способны индивидуально управлять сетью в целом),

выполняющие общие задачи контроля и управления сетью.

Таким образом, глобальная сеть SWIFT имеет иерархическую структуру и

состоит из абонентов (банков с соответствующими АБС), процессорных

центров трех уровней и коммутационной системы. Сеть SWIFT не имеет

собственных каналов связи, а арендует их у других сетей различного уровня. В

сети принят собственный формат передаваемых сообщений. Используется

специально разработанное программное обеспечение. Реализованные в сети

меры безопасности данных при вхождении абонентов системы в сеть,

распознавание “своих” сообщений, шифрование сообщений перед их

отправкой, использование механизма подтверждения принимаемых сообщений,

ведение архивов

передаваемых сообщений, наличие готового к работе в любой

момент времени (режим горячего резервирования) резервного оборудования в

процессорных центрах – все это и ряд дополнительных мер организационного

характера позволили обеспечить уникальную надежность прохождения

платежей между абонентами системы. Сеть SWIFT объединяет около 7 тысяч

банков, вступление в нее сопряжено со значительными денежными затратами,

однако гарантированное прохождение

платежа менее чем за 20 минут при

обычном приоритете и за 5 минут при срочном приоритете привлекает в сеть

новых абонентов.

7.4.2. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ СВЯЗИ И

КОММУНИКАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Телекоммуникационная система представляет собой распределенную

сеть, объединяющую традиционные сети передачи данных с передачей

сообщений в цифровой форме и телефонные сети с передачей сообщений в

аналоговой форме, предназначенную для передачи между абонентами трафика

различной природы, с различными вероятностно-временными

характеристиками. Основной функцией телекоммуникационных систем,

поддерживающих работу компьютерных сетей, является организация

оперативного и надежного

обмена данными между абонентами. Главный

показатель эффективности функционирования телекоммуникационных систем

– время доставки сообщений - определяется рядом факторов:

• структурой сети связи;

• пропускной способностью линий связи;

• способами соединения каналов связи между абонентами;

• используемыми протоколами информационного обмена;

• методами доступа абонентов к передающей среде;

• методами маршрутизации пакетов и др.

–

304

–

В целом на телекоммуникационную систему возлагается выполнение

ряда задач связанных с обеспечением пользовательского трафика:

• согласование форматов сообщений (сигналов) передаваемых через

различные каналы системы;

• синхронизацию работы каналов;

• коммутацию (каналов, сообщений, пакетов);

• маршрутизацию (сообщений, пакетов);

• обеспечение требуемого уровня помехозащищенности и др.

Соответственно, все аппаратные и программные средства,

обеспечивающие

решение этих задач, являются частью

телекоммуникационной системы.

Для телекоммуникационных систем характерен ряд специфических

особенностей:

• разнотипность применяемых каналов связи – от телефонных до

спутниковых;

• ограниченность числа каналов между абонентами, которые можно

использовать для передачи различного рода сообщений;

• различные уровни пропускной способности доступных каналов связи.

Одним из важнейших факторов, определяющим

возможности

телекоммуникационных систем и компьютерных сетей в целом, являются

технические характеристики каналов связи.

Канал связи (передачи данных)

состоит из линии связи и используемой на обеих сторонах линии аппаратуры

передачи данных.

Линия связи представляет собой физическую среду, через

которую с помощью сигналов осуществляется передача данных. Для

передачи большого трафика на значительные расстояния широкое применение

находят спутниковые, радиорелейные, кабельные и оптоволоконные каналы

связи. В целом телекоммуникационная система может быть представлена в

виде совокупности связанных с помощью специализированного

коммуникационного оборудования каналов связи.

Для оценивания свойств

каналов связи и коммуникационной сети

используют ряд характеристик:

• скорость передачи данных по каналу связи (измеряется в бит/с);

• пропускную способность канала связи (измеряется количеством

передаваемых символов за секунду);

• достоверность передачи данных (измеряется количеством ошибок на

один переданный знак);

• надежность (измеряется средним временем безотказной работы в

часах).

зависимости от вида используемых линий связи каналы

подразделяются на проводные и беспроводные. К беспроводным каналам

относят: спутниковые, инфракрасные, радиорелейные и другие каналы связи. В

–

305

–

проводных каналах используют телефонные линии, различного рода кабели

для передачи электрических и оптических сигналов.

Появление спутниковых сетей связи (первый спутник связи запущен в

1958 году) сравнимо по значимости с изобретением телефона. В настоящее

время спутники связи выводятся на геостационарные орбиты, при этом они

постоянно находятся над определенными участками поверхности Земли. К

преимуществам спутниковой связи относятся: большая пропускная

способность, обусловленная работой в широком диапазоне гигагерцовых

частот; обеспечение связи между узлами (станциями), расположенными на

большом расстоянии друг от друга; независимость оплаты трафика от

расстояния (стоимость определяется временем работы или объемом трафика).

В то же время при использовании спутниковой связи необходимо

предпринимать меры повышенной информационной

безопасности,

исключающие возможность перехвата передаваемых сообщений, имеет место

задержка сигнала при приеме из-за больших расстояний, возможно временное

ухудшение качества связи из-за воздействия атмосферных явлений.

Различают выделенные некоммутируемые каналы связи и каналы связи с

коммутацией на время передачи данных по этим каналам.

При использовании

выделенных каналов связи приемопередающая

аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим

обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации и

более высокое качество связи. Однако, из-за сравнительно больших расходов

на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность

достигается только при условии высокой загрузки каналов.

Для

коммутируемых каналов, создаваемых только на время передачи

определенного объема данных, характерны высокая гибкость и сравнительно

небольшая стоимость при малом объеме трафика. Недостатки таких каналов:

потери времени на коммутацию (на установление связи между абонентами),

возможность блокировки передачи из-за занятости отдельных участков линии

связи, пониженное качество передачи, большая стоимость при значительном

объеме трафика.

В зависимости от методов установления соединения между узлами

различают сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и

коммутацией пакетов.

В сетях с

коммутацией каналов на время передачи сообщений из

отдельных участков (каналов) формируется единый, сквозной канал между

двумя абонентами. Сеанс связи складывается из трех фаз: установление

соединения путем последовательного наращивания подключенных участков,

передача данных по сигналу готовности сквозного канала к передаче,

разъединение соединения. Характерным примером системы с коммутацией

каналов является междугородняя телефонная связь, обеспечивающая сквозной

–

306

–

телефонный канал между абонентами независимо от их месторасположения.

Главным преимуществом сетей с коммутацией каналов является возможность

работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени. К недостаткам

относятся: большое время на установление сквозного канала из-за возможного

ожидания освобождения отдельных участков, ограничение скорости передачи

возможностями наименее скоростного участка, возможность захвата канала

одним абонентом на значительный временной промежуток.

В сетях с

коммутацией сообщений отсутствует необходимость в

формировании сквозного канала. Такой метод передачи реализует технологию

“запомнить и послать”. Каждое передаваемое сообщение (единичный объект)

последовательно перемещается между узлами коммутации через соединяющие

их каналы связи в направлении получателя. При занятости очередного

требуемого для передачи сообщения канала связи сообщение целиком

сохраняется в памяти узла до момента освобождения

канала связи. Таким

образом, время передачи сообщения от одного абонента другому определяется

не только пропускной способностью отдельных используемых каналов связи,

но и возможно временем ожидания в очередях некоторых узлов коммутации.

Для метода помимо отсутствия необходимости создания временного сквозного

канала характерно формирование маршрутов передачи из отдельных участков с

различной пропускной способностью,

реализация различных схем

обслуживания с учетом уровня приоритетов. Однако при этом критичное

значение для системы в целом имеют технические характеристики и состояние

оборудования узла коммутации (в частности коммутатора).

Сети с

коммутацией пакетов развивают метод коммутации сообщений,

позволяя достичь более высокой пропускной способности сети и повысить

эффективность использования сетевых ресурсов. Метод коммутации пакетов

предполагает разделение исходного сообщения на ряд частей, каждая из

которых формирует отдельный пакет. Помимо собственных передаваемых

данных в каждом пакете размещается дополнительная служебная информация,

включающая адреса получателя и отправителя, порядковый

номер пакета в

рамках одного сообщения, контрольные данные. Каждый принимающий пакет

узел контролирует пакет на наличие ошибок и в случае их обнаружения выдает

запрос на повторную передачу этого пакета. В общем случае различные пакеты,

содержащие части одного сообщения, могут быть доставлены получателю по

различным маршрутам (режим альтернативной маршрутизации, позволяющий

обходить поврежденные

или занятые узлы связи и каналы). Ввод в сеть

чрезмерно большого количества пакетов приводит к росту задержек их

передачи и снижению производительности сети.

В целом метод коммутации пакетов в сравнении с другими методами

обеспечивает наименьшую задержку передаваемых сообщений при наибольшей

пропускной способности сети.

–

307

–

В каналах связи используется три режима передачи: симплексный,

полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим используется для

передачи данных только в одном направлении. Характерным примером

организации симплексного канала является система телевизионного вещания

(от излучающей антенны телевизионного центра к принимающей антенне

абонента).

Полудуплексный режим обеспечивает возможность передачи

сообщений в обоих направлениях, но в любой момент времени всегда только в

одном направлении. Полудуплексный режим обмена сообщениями характерен

для нормального протекания экзамена, когда вопросы одной стороны

сопровождаются последующими ответами другой стороны.

Дуплексный

режим

обеспечивает одновременную передачу сообщений в обоих

направлениях. Фактически дуплексный канал представляет собой два

разнонаправленных симплексных канала между двумя узлами сети.

Дуплексный режим широко используется при передаче сообщений как в

локальных, так и в глобальных сетях, обеспечивая эффективное использование

ЭВМ и каналов связи.

Для сопряжения компьютеров с каналами связи необходимы

специализированные

устройства – сетевые адаптеры. Они позволяют

согласовать параметры сигналов внутреннего интерфейса компьютеров с

параметрами сигналов, используемых в каналах связи определенного типа. При

этом обеспечивается как физическое согласование по форме, уровню сигналов,

так и на уровне кодирования. Помимо одноканальных адаптеров в сетях

широко используют и многоканальные адаптеры –

мультиплексоры передачи

данных

. В сетях со сложной конфигурацией находят применение

специализированные интеллектуальные

связные процессоры.

При подключении компьютера к телефонной линии функции сетевого

адаптера выполняет модем. При увеличении протяженности сети с

использованием кабелей применяют повторители, обеспечивающие

поддержание формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее по

сравнению с типовыми значениями расстояние.

Как и в локальных сетях со сложной структурой, направление сообщений

(пакетов) по конкретным

каналам связи глобальных сетей осуществляется с

помощью

маршрутизаторов.

7.4.3. НАЗНАЧЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА И СОСТАВ

СЕТИ ИНТЕРНЕТ, ВОЗМОЖНОСТИ И УСЛОВИЯ ЕЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Интернет (Internet - system of INTERconnected computer NETworks)

представляет собой глобальную компьютерную сеть, объединяющую в своем

составе как локальные вычислительные сети, так и отдельные компьютеры

(host-компьютеры).

–

308

–

В основе создания сети Internet использованы технические решения сети

ARPANET, разработанной по заказу Министерства обороны США с целью

обеспечения высоконадежной системы коммуникаций между узлами

управления системой обороны страны в случае нанесения ядерных ударов. С

другой стороны, сеть обеспечивала эффективную транспортную среду между

университетами, военными учреждениями и предприятиями оборонной

промышленности. Использование сетевой структуры

позволило организовать

обмен данными между ее абонентами по ряду альтернативных каналов.

В дальнейшем была создана сеть NSFNET Национального научного

фонда США (NSF), объединившая основные научные центры страны. В 1987

году хребет системы NSFNET составляли 13 компьютерных центров,

расположенных в различных частях США и соединенных высокоскоростными

каналами связи. Различные пользователи имели возможность подключиться к

сети и использовать

вычислительные мощности суперкомпьютеров этих

центров. Открытая для широкого доступа сеть NSFNET полностью вытеснила

сеть (фактически корпоративную) ARPANET, ликвидированную в 1990 году.

Параллельно схожие по организации сети национального масштаба были

созданы и в других странах. Их объединение к середине 90-х годов

сформировало сеть Интернет в современном виде. Интенсивное использование

сети Интернет в России началось

с этого периода.

В целом Интернет не имеет ни владельца, ни единой управляющей

административной структуры. В настоящее время Интернет объединяет десятки

тысяч локальных вычислительных сетей и миллионы host–компьютеров,

расположенных во всех странах мира. Вход пользователей в Internet

осуществляется посредством специализированных организаций – провайдеров

(в Тульской области из более половины десятка провайдеров основным

провайдером является “Тулателеком”), как правило, на коммерческой основе

(для возмещения затрат на поддержку работы регионального сегмента сети и

его развитие).

Использование сети Интернет реализуется по нескольким направлениям:

в качестве глобальной транспортной системы с возможностью быстрой

доставки сообщений от одного абонента другому вне зависимости от их

местонахождения; в качестве глобальной информационной

системы с

гигантским объемом информации практически по любой тематике; в качестве

средства для ведения бизнеса непосредственно в сети. Сеть Интернет

обеспечивает функционирование электронной почты с возможностью обмена

сообщениями более чем с двумя десятками международных компьютерных

сетей; передачу числовых данных, текстов, неподвижных изображений, видео,

голоса, в том числе и в реальном

масштабе времени; доступ к электронным

библиотекам и справочно-поисковым системам; возможность участия в

различного рода телеконференциях; реализацию дистанционной формы

–

309

–

обучения; широкомасштабное размещение рекламы; организацию электронной

коммерции с созданием виртуальных магазинов с возможностью формирования

заказа в течение 24 часов в сутки и обеспечения, при необходимости, условия

анонимности для покупателя, а также реализацию многих других приложений.

Число пользователей сети Интернет неуклонно возрастает. Считается, что

доступ в Интернет имеют около 400 млн. пользователей при общем

числе

подключенных компьютеров порядка 100 млн. На сайтах сети размещено

порядка 4 млрд. статических страниц. Потенциальная база проникновения в

Интернет значительно шире – более 600 млн. автомобилей; 1,5 млрд. телефонов

и 30 млрд. наборов установленных микросхем (в том числе и в бытовых

приборах). Реализуемые и потенциально возможные приложения сети Интернет

и огромная аудитория ее пользователей превратили

сеть в явление мирового

масштаба, оказывающее существенное влияние на развитие цивилизации в

целом. В ряде сетевых журналов уже используется обозначение NPN (New

Public Network – новая публичная сеть), определяющее новый вид глобальной

сети, идущей на смену сети Интернет и призванной обеспечить пользователю

возможность виртуального присутствия в любой точке земного шара с

сенсорной обратной связью и

управлением в реальном масштабе времени.

По данным международной организации “Репортеры без границ”, 53

государства осуществляют цензуру в Интернете, причем 20 стран вообще

запрещают своим гражданам иметь доступ в сеть под предлогом “защиты от

распространения разрушительных идей и ради гарантии безопасности

национального единства”. А такие страны, как Саудовская Аравия,

Азербайджан, Белоруссия, Китай, Северная Корея

, Куба, Ирак и другие ставят

жесткие ограничения на работу в сети.

Развитие сети Итернет способствовало появлению совершенно новых

информационных технологий. Так, в 1995 году на основе Интернета был создан

первый виртуальный банк SFNB, у которого отсутствует адрес в привычном

понимании этого слова. Создание подобного банка требует меньших затрат чем

развертывание территориально-распределенной

сети филиалов и

представительств обычного банка (практически не требуются площади, резко

уменьшается штат сотрудников и др.). Находящиеся в различных странах

клиенты могут через сетевой электронный адрес в любое время суток работать

со своими счетами (уточнять их фактическое состояние, проверять

правильность перевода денег, осуществлять платежи и др.), за исключением

внесения и получения

денег через кассу. Однако, создание виртуального банка

требует принятия особых мер информационной безопасности.

В органах государственного управления России сформировалась

концепция “электронное правительство” (с учетом потенциальных

возможностей Интернет-технологий), нацеленная на автоматизацию всей

совокупности управленческих процессов в масштабах страны с созданием

–

310

–

общегосударственной распределенной системы, реализующей решение всего

комплекса задач по управлению движением документов и процессами их

обработки. Реализация концепции предусматривает автоматизацию

следующих основных процессов государственного управления:

взаимодействие различных государственных структур между собой при

подготовке и реализации проектов, взаимодействие государственных структур

с гражданами и организациями в процессе предоставления им услуг,

управленческие процессы внутри

отдельных государственных структур.

Как и большинство сложных систем глобального уровня, сеть Интернет

образуется центральным ядром (центральной системой) и периферийными

подсистемами. Технически центральное ядро формирует система

высокоскоростных каналов связи, соединяющих производительные узлы

коммутации, находящиеся, как правило, в центрах крупных регионов

различных стран мира (рис.7.7).

Размещенные в этих узлах коммутации маршрутизаторы, соединенные

совокупностью каналов связи, образуют единый распределенный

магистральный канал связи, являющийся хребтом (Backbon) сети Интернет.

При временном выходе из строя тех или иных каналов связи сообщения могут

быть переданы через другие узлы коммутации. Подключение непосредственно

к магистральному каналу обеспечивает наивысшую скорость передачи данных

при работе в Интернет. Магистральный канал связи реализуется на основе

оптоволоконных кабелей и спутниковых систем связи, характеризуемых

высокой скоростью передачи данных и

параллельной организацией множества каналов. Подключение к сети

периферийных подсистем осуществляется с помощью менее скоростных

каналов связи. В эти подсистемы могут входить host–компьютеры, локальные и

распределенные компьютерные сети. Для согласования параметров,

характеризующих процессы передачи данных между магистральным каналом и

периферийными подсистемами, применяются устройства сопряжения, в

частности, шлюзы, обеспечивающие преобразование уровней сигналов,

форматов, протоколов. Различные глобальные сети могут объединяться через

узлы коммутации магистральных каналов и устройства сопряжения; при этом

сеть Интернет, объединяя различные сети, не создает явно выраженную

многоуровневую, иерархическую структуру.