Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Кафедра информационных систем и технологий

А.С. Овсянников

ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СЕТИ

Конспект лекций

Самара

2013

ВВЕДЕНИЕ

В.1 Историческое развитие систем сбор, передачи и обработки информации

Информационно-вычислительные сети (ИВС), являющиеся современным инструментарием для создания систем сбора, передачи и обработки информации (ССПОИ), появились в результате значительных достижений в теории и практике передачи информации на большие расстояния (систем электрической связи) и электронно-вычислительных машин.

При таком “слиянии “ возникли новые проблемы, которых не было в упомянутых направлениях научно-технического прогресса.

Например, проблема совместного управления и мониторинга вычислительных средств и систем передачи и проблема создания мультисервисной среды, являющейся основой для сбора, передачи и обработки информации различной природы (речевой, аудио, видео и др.). Кроме этого появились и новые возможности: получение информации из практически любых источноков (распределённых в пространстве); распределённые вычисления и обработка информации и др.

Исторически, одна из первых появилась ССПОИ, структурная схема которой изображена на рис. В1. В этой системе датчики (Д_i) могут быть сосредоточены (как изображено на рис. В1), так и распределены в пространстве. Однако в большинстве случаев встречается первый вариант. К примеру, система контроля и управления космическими объектами с Земли (ЦУП). В этом случае в структуре рис.В1 наиболее дорогостоящим и уязвимым (с точки зрения мешающего влияния помех и искажений) являются линии связи (космические каналы связи).

Cовокупность линий связи и комплектов “передатчик-приемник” (на рис.В1) рассматриваемой ССПОИ будем называть “подсистемой передачи

информации”.

Рассмотрим график зависимости обобщенной стоимости подсистемы передачи информации от расстояния между объектом и обрабатывающей ЭВМ (рис.В.2).

На этом графике можно отметить расстояние L_о. При этом, если расстояние от обеъкта до обрабатывающей ЭВМ меньше L_о , то применяется схема рис. В3, а если расстояние больше L_о  применяется схема с аппаратурой уплотнения (АУ) (рис.В2).

Линия связи  это физическая среда с помощью которой две или несколько ЭВМ (и периферийные устройства) обмениваются между собой информацией, с помощью электромагнитных, световых, акустических и т.д. сигналов.

Р ис.В.1Структура ССПОИ

Канал связи  совокупность оборудования и линий связи, которые предоставляют пользователю стандартную электромагнитную среду для передачи сигналов с ограниченной скоростью.

Дальнейшее историческое развитие систем (рис.В3 и рис .В5) привело к созданию сетей ЭВМ.

Р ис. В.2Зависимость стоимости подсистемы передачи информации от расстояния

Рис. В.3Структура ССПОИ с АУ

Однако прообразом сети ЭВМ явилась система телеобработки данных (СТД), структура которой изображена на рис.В.6. СТД, по сути, является дальнейшим усложнением и обобщением схемы рисунка В.4.

Рис. В.4Система телеобработки данных

На рис.В.4 приняты следующие обозначения.

ЦВСцентральная вычислительная станция.

МПДмультиплексор передачи данных.

КИконцентратор информации.

Основным отличием СТД от схемы рис. В.3 является наличие двух ступеней уплотнения (МПД).

Дальнейшее развитие ССПОИ и СТД привело к созданию ИВС, обобщённая структура которой приведена на рис.В.5.

Рис. В5Обобщённая структура ИВС

На рис.В5 приняты следующие обозначения.

СПДсеть передачи данных. В качестве сети передачи данных могут быть использованы телеграфные сети, общегосударственная автоматизированная телефонная сеть страны, взаимоувязанная сеть связи (ВСС) России, специальные ведомственные сети.

Укузел коммутации. Задачи узлов коммутации:

1. Коммутация потоков данных.

2. Маршрутизация - выбор маршрута передачи данных от одного абонента к другому.

3. Управление всей сетью.

4. Адресация.

Сеть ЭВМсовокупность базовой сети передачи данных (или линий связи), оборудования доступа, вычислительных станций, периферийных устройств, которые обмениваются информацией через СПД и линий связи.

Сети ЭВМ делятся на глобальные, региональные и локальные.

Глобальные  в масштабе страны или нескольких стран.

Региональные  в масштабе региона, района, области.

Локальные  в масштабе предприятия.

РС  рабочая станция.

АРМ  автоматизированное рабочее место.

Рассмотрим структуру передачи информации в сети ЭВМ (рис.В.6).

Прикладной процесс (ПП) - некоторое приложение конечного ползователя. Состоит, в общем случае, из прикладного программного обеспечения, в простейшем случае  какая - либо программа ЭВМ. Например  пакет программ для управления складскими запасами на заводе.

На рис.В.6 приняты следующие обозначения.

ООД  оконечное оборудование данных, обобщенное оборудование, это может быть ЭВМ, ПЭВМ, АРМ, рабочая станция и др.

Например:

 ЭВМ, собирающая информацию от датчиков в прокатном цехе, обрабатывающая эту информацию и передающая результаты в центральную базу данных предприятия;

 кассовый аппарат в автоматизированном банке.

Р ис.В.6 Структура обмена данными между ЭВМ в сети ЭВМ

В ООД_А может выполняться прикладной процесс ППА1, в виде программы ЭВМ, имеющей доступ к прикладному процессу в ООД_В (программа ППВ1 и база данных). То - же ППВ 2 – ППА 2. Из рис. В5 видно, что сеть обеспечивает логические и физические связи. Прикладные процессы используют физическую связь (канал связи) для реализации логической связи. “Логический” в данном случае означает, что для ООД безразлична физическая природа процесса передачи данных. От ППА1 требуется только выдать логический запрос, например ”передать” с идентификацией данных. В свою очередь система передачи данных (АКД_А -[канал связи] - АКД_В) отвечает за посылку запроса “передать”, за его безошибочное прохождение по физическому каналу в ППВ 1.

АКД  аппаратура окончания канала данных. Основная функция АКД  обеспечить интерфейс (стык) ООД с сетью передачи данных (рис. В5).

Интерфейс  совокупность правил (технических законов) взаимодействия некоторой группы компонентов системы и правил построения средств, обеспечивающих реализацию этого взаимодействия.

Для того, чтобы передать информацию ППА1  ППВ2 в ПЭВМ (А и В) имеется так называемое сетевое программное обеспечение (СПО), предназначенное для реализации интерфейса между ППА1 АКД_А и АКД_В  ППВ1.

В сетевом программном обеспечении межуровневые интерфейсы определяются и реализуются с помощью протоколов.

Протоколы  это соглашение о том, каким образом компоненты системы взаимодействуют друг с другом, в частности средства коммутации (связи - СПД) с ООД.

В.2 Концепция архитектуры открытых систем – основа построения информационных – вычислительных сетей

На основе анализа иерархических распределённых информационно-управляющих систем, разрабатываемых во многих странах, Международная организация по стандартизации (МОС - ISO) предложила и развивает концепцию (идеологию) систем, называемую архитектурой открытых систем (АОС - OSI). В соответствии с этой концепцией применительно к ИВС создана эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) (в переводной технической литературе эту модель часто обозначают OSI/ISO), которая определяет базу координации различных разработчиков систем и позволяет ввести необходимые международные стандарты. В настоящее время достаточно глубоко разработаны логическая и физическая архитектуры открытых систем.

Архитектура ИВС определяет технологию её функционирования и отражает входящие в ИВС компоненты, их назначение и взаимосвязи друг с другом.

По своей сути понятие «архитектура» отражает новизну в способе мышления разработчиков программных и аппаратных средств при реализации функций ИВС. Семантика слова «связь» в словосочетании «архитектура связи» более ёмкая по сравнению с традиционными представлениями. Речь идёт не только о связи объекта,

т. е. ИВС с пользователем посредством программных и аппаратных средств сети, но и об организации взаимодействия самих программных и аппаратных средств ИВС, обеспечивающих все этапы преобразования информации. С этой точки зрения ИВС представляет собой распределённую информационно-вычислительную среду (РИВС), реализуемую на практике разнообразными программными и аппаратными средствами.

ЭМВОС представляет собой гипотетическую (эталонную) форму описания РИВС, ее структуры, входящих в ее состав компонентов, функций информационных ресурсов, а также правил и процедур взаимодействия компонентов РИВС в процессе функционирования.