- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ЭВОЛЮЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
- •1.1. Обобщенная структурная схема электрической связи
- •1.2. Коммутация и сигнализация
- •1.3. Многоканальность и многостанционный доступ
- •1.4. Преемственность в принципах построения линий связи
- •1.5. Модель телекоммуникационной системы
- •2. ЭВОЛЮЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
- •2.1. Информационные сети как результат эволюции телекоммуникаций и вычислительной техники
- •2.2. Информационные системы и сети — основные понятия
- •2.3. Многоуровневый подход к построению сети
- •2.4. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем ISO/OSI
- •2.5. Эволюция многослойной модели доступа к информационным ресурсам
- •2.6. Топологии физических связей
- •2.7. Основные компоненты локальных и составных информационных сетей
- •2.8. Архитектура сети Интернет
- •3. ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ
- •3.1. Инфокоммуникационные сети как результат конвергенции телекоммуникационных и информационных сетей
- •3.2. Архитектура сетей последующих поколений NGN
- •3.3. Будущие сети (FN)
- •3.4. Облачные вычисления (Cloud Computing)
- •3.5. Туманные вычисления (Fog Computing)
- •3.6. Программно конфигурируемые сети (SDN)
- •3.7. Виртуализация сетевых функций (NFV)
- •3.8. Пятое поколение мобильной связи (5G)
- •3.9. Интернет вещей (IoT)
- •3.10. Индустриальный интернет (IIoT)
- •3.11. Умные повсеместно распространенные сети (SUN)
- •СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
- •СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ (РУССКОЯЗЫЧНЫХ)
- •СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ (АНГЛОЯЗЫЧНЫХ)
2. ЭВОЛЮЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
2.1. Информационные сети как результат эволюции телекоммуникаций и вычислительной техники
Впрошлом телекоммуникационные и информационные технологии развивались практически самостоятельно. Судить о том, какая из этих составляющих имеет более давнюю историю, сложно. Все зависит от того, что брать заточкуотсчета.Например,дляинформационныхтехнологий(ИТ)вкачестве ранней точки отсчета можно рассматривать первые попытки древнего человека делать счетные зарубки, а в качестве самой поздней — появление вычислительной техники и первого программного обеспечения, после чего дальнейшее развитие ИТ стало непосредственно связано с развитием компьютерного аппаратно-программного обеспечения. Информационные сети (как комплекс технических средств) появились позднее информационных технологий. Они начали создаваться в середине XX века с целью объединения друг с другом первых вычислительных машин (больших ЭВМ) и назывались информацион- но-вычислительными сетями (ИВС). Для транспортировки данных в ИВС использовались специально организованные каналы передачи данных, сначала на основе типовых каналов и трактов телефонных и телеграфных сетей, азатем на основе специализированных сетей передачи данных (СПД). По сути, ИВС представляли собой объединение вычислительных устройств и средств электросвязи.
Вотличие от традиционных сетей электросвязи, построенных на основе коммутации каналов (КК), в ИВС использовали другие методы — коммутацию сообщений (КС) и коммутацию пакетов (КП). Таким образом, развитие передачи данных как отдельного вида электросвязи в первую очередь было связано с применением больших ЭВМ. Далее, по мере развития вычислительной техники и появления сначала малых ЭВМ, потом персональных компьютеров, с целью оперативного обмена информацией стали создаваться небольшиелокальныевычислительныесети(ЛВС);потомвнихначалииспользовать серверы — специализированные мощные компьютеры, к ресурсам которых имели доступ многие пользователи. Круг задач, решаемых компьютерными сетями,постояннорасширялся,чтоповышалоспецифичныетребованиякним
испособствовало появлению новых сетевых компьютерных технологий, систем управления базами данных (СУБД) и т.п. Таким образом, на непродолжительный срок пути развития телекоммуникационных и информационных сетей разошлись. Со временем, когда возникла необходимость в объединении разрозненных информационных сетей, находящихся на большом расстоянии друг от друга, появился Интернет (inter – между, net – сеть), который, по сути, стал «сетью сетей», так как объединил множество локальных сетей в глобаль-
32
ную сеть. Начав с передачи данных, Интернет освоил IP-телефонию и оказался способным составить конкуренцию традиционным телефонным сетям.
Таким образом, информационные (компьютерные) сети являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — телекоммуникаций и вычислительной техники.
Дальнейшее развитие технологий привело (в 1990-х гг.) к конвергенции информационных и телекоммуникационных сетей и рождению понятия «инфокоммуникационные сети».
Вопросы для самопроверки к подразделу 2.1
1.Когда появились первые информационные технологии?
2.Когда появились первые информационные сети, и что послужило причиной их создания?
3.Назовите принципы построения первых информационных сетей.
4.Каковы основные этапы развития информационных сетей?
5.Что стало ключевым фактором, позволившим информационным сетям начать конкурировать с телекоммуникационными сетями?
2.2. Информационные системы и сети — основные понятия
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленной цели совокупность разнородных элементов. Информационная система включает в себя информационную сеть (средства поиска, обработки, хранения и передачи информации), а также соответствующие организационные ресурсы (человеческие, технические, финансовые и пр.), которые обеспечивают и распространяют информацию.
Рис. 23. Структура информационной сети
33
Классическую структуру информационной сети (ИС) в упрощенном виде можно представить в виде совокупности абонентских (оконечных) систем и устройств, а также связывающей их коммуникационной (телекоммуникационной) сети (рис.23). Телекоммуникационная сеть выполняет функции транспортнойсистемы,посредствомкоторойосуществляетсяперемещениепотоков пользовательской и служебной информации, порождаемой информационными процессами.
Абонентские(оконечные)устройстваявляютсяпоставщиками/потребителями информационных ресурсов. С информационной точки зрения абонентские устройства можно считать главными, так как все другие устройства в ИС используются для обеспечения их потребностей.
Рис.24. Передача данных по телефонной сети
Поскольку в ИС в роли абонентских (оконечных) систем практически всегда выступают компьютеры, ее часто называют компьютерной или вычислительной сетью Телекоммуникационная сеть при этом называется «сетью передачи данных» в соответствии с классификацией, соответствующей виду передаваемой информации. На рис.24 показан частный случай передачи данных между абонентом А и абонентом В через телефонную сеть общего пользования. Соответствующая модель передачи данных изображена на рис.25.
Рис.25 Модель передачи данных в информационной системе
34
Абонентская система А в этой модели обозначена источником передаваемой текстовой информации, в роли которого выступает, например, рабочая станция. Абонентская система В (например, сервер) является адресатом. Передатчик, роль которого выполняет модем, выполняет преобразование и кодировку входных данных (потока двоичных сигналов) в аналоговый сигнал, которыйчерезтелефоннуюсеть,выполняющуюфункциипередающейсистемы, достигает приемника. Приемник (модем) получает от передающей системы аналоговый сигнал и преобразует его в цифровой.
Представленный пример достаточно условно характеризует состав ИС и процессы, происходящие при осуществлении обмена информацией. В общем случае под ИС как физическим объектом понимается совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем, объединенных телекоммуникационной сетью, посредством которой обеспечивается взаимодействие прикладных процессов, активизируемых в оконечных системах, и их коллективный доступ к ресурсам сети (рис.26).
Рис.26. Информационная сеть как совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем
К оконечным системам ИС относятся: терминальные системы (Terminal System) — компьютеры конечных пользователей сети; хостинговые системы (Host System) — компьютеры, на которых размещаются информационные и программные ресурсы сети; серверы (Servers) — компьютеры, которые могут предоставлять сетевые сервисы, например, управление доступом
35
к информационным ресурсам и устройствам коллективного пользования, регистрацияпользователейиконтрользаправамиихдоступавсеть,обслуживаниевызовов,ит.д.Серверы,взависимостиотвозможностейихоперационных систем, могут работать как в режиме хостов (информационные серверы), так
ив режиме сетевых коммуникационных устройств; административные системы (Management System) — компьютеры и устройства, которые обеспечивают работу приложений эксплуатационного управления сетью и отдельных ее частей.
Современные инфокоммуникационные сети унаследовали многое из принципов построения ИС, в частности, подход к структуризации сети, основанный на ее физическом и логическом представлении. Физическое представление характеризует состав различного сетевого оборудования, а также способы организации его связей. Логическое представление, определяемое программным обеспечением, отображает взаимодействие элементов в процессе функционирования сети. Между взаимодействующими оконечными системами через физические каналы коммуникационной сети устанавливаются логические каналы (на рис.26 обозначены пунктирными линиями). Физическиеканалытелекоммуникационнойсетиифизическиеканалы,соединяющие телекоммуникационную сеть с оконечными системами, на рис.26 обозначены сплошными линиями; они реализуются либо на основе проводной связи (ви- таяпара,коаксиальныйкабель,волоконно-оптическийкабель),либонаоснове беспроводной связи (эфир).
Физическую и логическую организацию ИС, ее общую структуру, т. е. все компоненты,благодарякоторымсетьфункционирует,определяетпонятие«архитектура сети». Оно включает в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, топологию, протоколы, интерфейсы и т.п.
Каждая из составных частей архитектуры характеризует отдельные свойства и принципы построения сетей, и только их совокупность определяет сеть в целом.
Однимизаспектов,характеризующихархитектурусети,являетсяделение сетей на одноранговые и многоранговые, в зависимости от того, как распределены функции между компьютерами.
Одноранговая, архитектура— это концепция построения сети, основанная на равноправии участников. В одноранговой сети нет единого центра управления взаимодействием компьютеров (рабочих станций) и нет единого устройствахраненияданных.Каждыйкомпьютерсетиможетвыполнятьфункции,как клиента,такисервера.Онможетобслуживатьзапросыотдругихкомпьютеров
инаправлять в сеть свои запросы на обслуживание. Пользователю сети могут быть доступны все устройства, подключенные к другим рабочим станциям (принтеры, диски и т.п.). Развитие Интернета привело к появлению протоколов одноранговых сетей глобального масштаба («пиринговых» сетей, от англ. Peer
— равный). Появилось понятие «пиринговая архитектура», обозначаемое как
36