Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы информатики, организации ЭВМ, вычислительных и информационных систем. Учебное пособие
.pdf
качественные (содержательные), определяющие специфиче-
скую, т.е. материальную природу процесса;
пространственные, определяющие его масштабы и координа-
ты;
временные.
Основными составляющими обобщенной схемы любого информационного процесса является следующие качественно отлич-
ные друг от друга этапы:
восприятие и сбор информации;
первичное или локальное преобразование информации (отбор
и др.);
передача информации в блок обработки;
подготовка информации для обработки (кодирование и др.);
подготовка программ, хранение информации;
обработка полученной информации в соответствии с програм-
мой;
вывод (отображение) информация для потребителя;
принятие решений;
реализация решений.
Наиболее эффективно реализуемой составляющей информационного процесса является обработка, которая, как правило, в со-
временных условиях ведется с помощью компьютера.
Одной из особенностей современных систем информационных
процессов является комплексное использование разнородных видов
информации для управления сложными системами в различных
сферах человеческой деятельности.
Эффективность протекания информационных процессов в этих
системах зависит от объема входных документов. Он должен быть
оптимальным для функционирования ИС, так как уменьшение объема входных документов может привести к потере части требуемой
информации, и наоборот, их увеличение приведет к ее избыточно-
сти.
4.7. Модели процесса передачи.
Информационные сети [1,11]
Модель процесса передачи. Двоичный симметричный канал
150
Обработка информации в вычислительных системах невозмож-
Передатчик
Канал
Приемник
Разговор лю-
дей
Голосовой аппа-
рат человека
Воздушная среда. Акустиче-
ские колебания
Слуховой ап-
парат человека
Телефонный
разговор
Микрофон
Проводник. Переменный
электрический ток
Динамик
Передача данных в сети
Интернет
Модулятор
Проводник. Оптоволоконный
кабель. Переменный электрический ток. Оптический
сигнал
Демодулятор
Радиотелефон,
рация
Радиопередатчик
Эфир. Электромагнитные
волны
Радиоприемник
на без передачи сообщений между отдельными элементами (оперативной памятью и процессором, процессором и внешними устройствами). Примеры процессов передачи данных приведены в следу-
ющей таблице 2.
Таблица 2. – Примеры процессов передачи данных
В перечисленных выше процессах передачи можно усмотреть
определенное сходство. Общая схема передачи информа-
ции показана на рис. 63.
В канале сигнал подвергается различным воздействиям, которые мешают процессу передачи. Воздействия могут быть непред-
намеренными (вызванными естественными причинами) или специально организованными (созданными) с какой-то целью некоторым
противником. Непреднамеренными воздействиями на процесс пере-
дачи (помехами) могут являться уличный шум, электрические разряды (в т. ч. молнии), магнитные возмущения (магнитные бури),
туманы, взвеси (для оптических линий связи) и т.п.
Рис. 63 – Общая схема передачи информации
151
Для изучения механизма воздействия помех на процесс переда-
Сообщения
Кодовое слово
00
01
чи данных и способов защиты от них необходима некоторая модель.
Процесс возникновения ошибок описывает модель под названи-
ем двоичный симметричный канал (ДСК), схема которой показана
на рис. 64.
Рис. 64 – Схема двоичного симметричного канала
При передаче сообщения по ДСК в каждом бите сообщения с
вероятностью P может произойти ошибка, независимо от наличия
ошибок в других битах. Ошибка заключается в замене знака 0 на 1
или 1 на 0.
Некоторые типы ошибок:
замена знака 0 на 1 или 1 на 0 ;
вставка знака ;
пропуск знака .
Чаще других встречается замена знака. Этот тип ошибок иссле-
дован наиболее полно.
Способы повышения надежности передачи сообщений
Если при кодировании сообщений используются оптимальные
коды, то при появлении всего лишь одной ошибки все сообщение
или его значительная часть может быть искажена.
Рассмотрим пример. Пусть кодирование элементарных сообщений источника осуществляется с использованием кодовой таблицы:
152
10
110
111
Тогда закодированное сообщение имеет вид 011011100110. Если в первом знаке произойдет ошибка, то будет принято сообщение
111011100110, которое декодируется в слово . Полное
искажение сообщения из-за одной ошибки происходит вследствие
того, что одно кодовое слово переходит в другое кодовое слово в ре-
зультате замены одного или нескольких знаков. Пример показывает,
что оптимальное кодирование плохо защищает сообщения от воздействия ошибок.
На практике необходим компромисс между экономностью кода
и защитой от ошибок.
Сначала удаляется "бесполезная" избыточность (в основном
статистическая), а затем добавляется "полезная" избыточность, которая помогает обнаруживать и исправлять ошибки.
Рассмотрим некоторые методы повышения надежности передачи данных. Широко известными методами борьбы с помехами яв-
ляются следующие:
1. передача в контексте;
2. дублирование сообщений;
3. передача с переспросом.
Рассмотрим подробней каждый из этих способов.
1. Передача в контексте. С этим хорошо известным и общепри-
нятым способом сталкивался каждый, кто, пытаясь передать
по телефону с плохой слышимостью чью-либо фамилию,
называл вместо букв, ее составляющих, какие-нибудь имена,
первые буквы которых составляют данную фамилию. В данном случае правильному восстановлению искаженного сооб-
щения помогает знание его смыслового содержания.
2. Дублирование сообщений. Этот способ тоже широко применя-
ется в житейской практике, когда для того, чтобы быть пра-
вильно понятым, нужное сообщение повторяют несколько раз.
3. Передача с переспросом. В случае, когда получатель имеет
связь с источником сообщений, для надежной расшифровки
сообщений пользуются переспросом, т. е. просят повторить
все переданное сообщение или часть его.
153
Общим во всех этих способах повышения надежности является
введение избыточности, то есть увеличение тем или иным способом
объема передаваемого сообщения для возможности его правильной
расшифровки при наличии искажений.
Следует отметить, что введение избыточности уменьша-
ет скорость передачи информации, т.к. только часть передаваемого
сообщения представляет интерес для получателя, а избыточная его
доля введена для предохранения от шума и не несет в себе полезной
информации.
Естественно выбирать такие формы введения избыточности,
которые позволяют при минимальном увеличении объема сообще-
ния обеспечивать максимальную помехоустойчивость.
4.8. Модель взаимодействия открытых систем (OSI) и про-
токолы обмена [1,11]
В начале 80-х годов ISO признала необходимость создания мо-
дели сети, на основе которой поставщики оборудования телекоммуникаций могли создавать взаимодействующие друг с другом сети. В
1984 году такой стандарт был выпущен под названием "Эталонная
модель взаимодействия открытых систем" (Open System
Interconnect - OSI) или OSI / ISO.
Эталонная модель OSI стала основной архитектурной моделью
для систем передачи сообщений. При рассмотрении конкретных
прикладных телекоммуникационных систем производится сравнение их архитектуры с моделью OSI/ISO. Эта модель является
наилучшим средством для изучения современной технологии связи.
Эталонная модель OSI делит проблему передачи информации
между абонентами на семь менее крупных и, следовательно, более
легко разрешимых задач. Конкретизация каждой задачи производилась по принципу относительной автономности. Очевидно, авто-
номная задача решается легче.
Каждой из семи областей проблемы передачи информации ста-
вится в соответствие один из уровней эталонной модели. Два самых
низших уровня эталонной модели OSI реализуются аппаратным и
программным обеспечением, остальные пять высших уровней, как
правило, реализуются программным обеспечением. Эталонная модель OSI описывает, каким образом информация проходит через
154
среду передачи (например, металлические провода) от прикладного
процесса-источника (например, по передаче речи) до процессаполучателя.
В качестве примера связи типа OSI предположим, что Система
А на рис. 65 имеет информацию для отправки в Систему В. Прикладной процесс Системы А сообщается с Уровнем 7 Системы А
(верхний уровень), который сообщается с Уровнем 6 Системы А,
который в свою очередь сообщается с Уровнем 5 Системы А, и так
далее до Уровня 1 Системы А. Задача Уровня 1 - отдавать (а также
забирать) информацию в физическую среду. После того, как информация проходит через физическую среду и принимается Системой В, она поднимается через слои Системы В в обратном порядке
(сначала Уровень 1, затем Уровень 2 и т.д.), пока она, наконец, не
достигнет прикладного процесса Системы В.
Рис. 65 – Пример связи уровней OSI
Каждый из уровней сообщается с выше- и нижестоящими уров-
нями данной системы. Однако для выполнения присущих уровню
задач необходимо сообщение с соответствующим уровнем другой
системы, т.е. главной задачей Уровня 1 Системы А является связь с
Уровнем 1 Системы В; Уровень 2 Системы А сообщается с Уров-
нем 2 Системы В и т.д.
Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями разных систем. Следовательно, каждый уровень Системы А использует услуги, предоставляемые ему смежными уровнями, чтобы осуществить связь с соответствующим ему
уровнем Системы В. Нижестоящий уровень называется источником
услуг, а вышестоящий - пользователем услуг. Взаимодействие
уровней происходит в так называемой точке предоставления услуг.
155
Взаимоотношения между смежными уровнями отдельной системы
показаны на рис. 66.
Рис. 66 – Взаимодействие между уровнями отдельной системы
Обмен управляющей информацией между соответствующими
уровнями разных систем производится в виде обмена специальными "заголовками", добавляемыми к полезной информационной
нагрузке. Обычно заголовок предшествует фактической прикладной
информации. Каждый нижележащий уровень передающей системы
добавляет к поступившему от вышележащего уровня информационному блоку свой заголовок с необходимой управляющей инфор-
мацией для соответствующего уровня другой системы (рис. 67).
Рис. 67 – Формирование информационных блоков
В принимающей системе производится анализ данной управляющей информации и удаление соответствующего заголовка перед
передачей информационного блока вышележащему уровню. Таким
образом, размер информационного блока увеличивается при движении сверху вниз по уровням в передающей системе и уменьшается
156
при движении снизу-вверх по уровням в принимающей системе.
Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только
определяет функции протокола каждого уровня.
Описание уровней эталонной модели OSI
Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, кото-
рые он должен выполнить для проведения связи.
Прикладной уровень (уровень 7) - это самый близкий к пользо-
вателю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не
обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI. Он обеспечивает услугами прикладные процессы, лежащие за пределами
масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить процессы передачи речевых сигналов, базы данных,
текстовые процессоры и т.д.
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие
предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно
работающие прикладные процессы, а также устанавливает и согласовывает процедуры устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется
ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.
Представительный уровень (уровень 6) отвечает за то, чтобы
информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы,
была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию
между множеством форматов представления информации путем
использования общего формата представления информации.
Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима),
представительный уровень согласует синтаксис передачи данных
для прикладного уровня.
Сеансовый уровень (уровень 5) устанавливает, управляет и за-
вершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информа-
ции между ними.
157
Кроме того, сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных
ситуациях о проблемах сеансового, представительного и приклад-
ного уровней.
Транспортный уровень (уровень 4). Граница между сеансовым
и транспортным уровнями может быть представлена как граница
между протоколами высших (прикладных) уровней и протоколами
низших уровней. В то время как прикладной, представительный и
сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших
уровня решают проблемы транспортировки данных.
Транспортный уровень обеспечивает услуги по транспортировке данных, что избавляет высшие слои от необходимости вникать в
ее детали. Функцией транспортного уровня является надежная
транспортировка данных через сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки,
поддержания и упорядоченного завершения действия каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и
управления информационным потоком (с целью предотвращения
переполнения системы данными из другой системы).
Сетевой уровень (уровень 3) - это комплексный уровень, кото-
рый обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута меж-
ду двумя конечными системами.
Поскольку две конечные системы, желающие организовать
связь, может разделять значительное географическое расстояние и
множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей.
Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию
вдоль этих маршрутов.
Канальный уровень (уровень 2) (формально называемый ин-
формационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит
данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный
уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать
сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки
блоков данных и управления потоком информации.
158
Физический уровень (уровень 1) определяет электротехниче-
ские, механические, процедурные и функциональные характеристики установления, поддержания и разъединения физического канала
между конечными системами. Спецификации физического уровня
определяют такие характеристики, как величины напряжений, параметры синхронизации, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические
соединители и другие аналогичные характеристики.
Физической средой в различных телекоммуникационных системах могут быть самые разнообразные средства от простейшей
пары проводов до сложной системы передачи синхронной цифро-
вой иерархии.
Протоколы обмена
Существует довольно большое разнообразие протоколов обме-
на – протоколы локальных и глобальных сетей, межсетевого взаи-
модействия, маршрутизации. Протоколы локальных сетей выполняют функции физического и канального уровня. Протоколы глобальных сетей работают на трех низших уровнях модели. Протоколы межсетевого взаимодействия, как очевидно из названия, являются протоколами сетевого уровня. И, наконец, протоколы маршрутизации также являются протоколами сетевого уровня, поскольку отвечают за обмен информацией между маршрутизаторами, выбира-
ющими сетевой маршрут.
Многие протоколы при выполнении своих функций основыва-
ются на результатах работы других протоколов. Например, протоколы маршрутизации используют протоколы межсетевого взаимодействия для обмена данными между маршрутизаторами. Концеп-
ция построения протоколов, опирающихся на другие существую-
щие протоколы, является фундаментальной для OSI модели и служит основой создания стеков взаимодействующих протоколов.
Пример стека протоколов стека TCP/IP можно посмотреть на рис.
68 [7].
159
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]