Введение в специальность

405

4.10. Выводы

1.История электросвязинасчитывает чуть большеполуторавеков, заэтовремяскоростьпередачиданныхросласэкспоненциальной скоростью, удваиваясь каждые пять лет.

2.Первыми устройствами электрической связи были телеграфные аппараты различных конструкций, изобретенные Павлом Шиллингом (1832 г.), Чарльзом Уитстоном (1937 г.), Самюэлем Морзе (1837 г.). Наиболее совершенным из них являлся самопишущий аппарат Морзе, получивший мировое распространение. Благодаря релейным ретрансляторам дальностьтрансконтинентальнойтелеграфнойсвязипревысила 10 000 км. Первый трансатлантический телеграфный кабель длиной 3500 км был проложен в 1858 - 1866 годах

3.Телефонный аппарат был изобретен в 1876 г. Александром Беллом; но до создания ламповых усилителей в первой трети XX века дальность междугородной телефонной связи ограничива- ласьрасстояниемв500-700 км. Первыйтрансатлантическийтелефонный кабель с промежуточными усилителями был проложен лишь в середине XX века, в 1956 г.

4.Изобретателем радио является Александр Попов (1895 г.), однакоосновныепрактическиедостижениянаначальномэтамеразвитиярадиосвязипринадлежатНобелевскомулауреатуГульельмо Маркони. В 1901 г. он впервые передал радиосигнал через океан.

5.Первая работающая система телевидения была создана Владимиром Зворыкиным в США в 1932 г. . Регулярные телепередачи начались в Германии и Англии с 1936 г.

6.Основные понятия современной теории связи были сформулированыКлодомШеннономв1948 г. СогласномоделиШеннона система связи в общем виде состоит из источника сообщений, преобразователясообщенийвсигнал, каналасвязи, преобразо-

406

вателясигналавсообщениеиполучателясообщений. Сообщения могут иметь различную форму (текст, речь, музыка, изображение и др.). Сообщения, получаемые или принимаемые автоматическими устройствами, называются данными; данные обычно представлены в двоично-кодированном виде.

7.Носителями сообщений в системах электросвязи являются электрическиесигналы, которые подразделяютсянацифровые и аналоговые. Цифровые сигналы жарактеризуются числом возможных состояний и скоростью манипуляции. Аналоговые сигналы характеризуются частотным спектром. Спектр реальных сигналов имеет конечную ширину.

8.Сигналы передаются по каналам электросвязи, которые бывают также аналоговыми ицифровыми. Сточки зрения потребителя аналоговый канал характеризуется шириной полосоы пропускания и уровнем шумов. Стандартный телефонный канал пропускает полосу частот от 300 до 3400 Гц. Цифровые каналы характеризуются скоростью передачи данных, измеряемой в бит/с, и частотой ошибок.

9.Для того, чтобы передать аналоговый сигнал по цифровому каналу, ондолженбытьоцифрован, тоестьпредставленвимпуль- сно-кодированномвиде(PCM).Оцифровкавключаетдискрети- зацию, квантование уровней и двоичное кодирование.Согласно теореме Котельникова минимальная частота дискретизации равна удвоенной ширине спектра сигнала.

10.Дляпередачицифровогосигналапоаналоговомуканалуонпреобразуется в аналоговую форму с помощью процедуры модуляции. Скорость передачи двоичных данных по аналоговоу каналуприлюбомвидемодуляцииограниченатеоретическимпределом, вычисляемым по формуле Шеннона:

408

предоставляющие абонентам различные виды услуг – телефонию, радиовещание, телевещание, передачуданныхит. д.. Вторичная сеть состоит из узлов коммутации, связанныых соединительнымилиниями, иабонентов, подключенныхкузламабонентскими линиями..По способу соединения абонентов между собой вторичные сети делятся на некоммутируемые и коммутируемые, впоследнихсоединениемеждуабонентамиудерживается только на время сеанса связи.

16. Важнейшей проблемой развития вторичных, в том числе компьютерных сетейявляется«проблемапоследнеймили», тоесть способа подключения абонента к ближайшему узлу коммутации. Для компьютерных сетей в настоящее время существует несколько вариантов:

•коммутируемоеаналоговоесоединениепотелефоннойсетиобщего пользования, скорость передачи данных до 56 кбит/с;

•коммутируемое цифровое ISDN-cоединение (до 128 кбит/с);

•некоммутируемое цифровое DSL-cоединение (0,5 – 10 Мбит/с

взависимости от длины и качества медной линии);

•оптический кабель (10 – 1000 Мбит/с в зависимости от типа кабеля);

•оптический луч в атмосфере (2 – 10 Мбит/с);

•наземная радиолиния (0,2 – 10 Мбит/с);

•радиодоступ через сотовый телефон (до 9,6 Кбит/с);

•спутниковая асимметричная радиолиния типа DirecPC (нисходящий канал до 400 кбит/с, восходящий канал организуется любым из указанных выше способов).

16.Компьютерныесетивсвоемразвитиипережилитрипоколения:

•первое поколение (50-е и 60-е годы) – подключение удаленных терминалов к компьютерам (телеобработка, теледоступ);

•второепоколение(70-егоды) – подключениекомпьютеровдруг

кдругу, создание изолированных компьютерных сетей;

•третье поколение (80-е и 90-е годы) – подключение сетей друг

409

к другу, образование всемирной «сети сетей» Internet.

17.Экспериментыпотелеобработкеначалисьещедосозданияэлектронных компьютеров, в качестве терминалов использовались буквопечатающие телеграфные аппараты. После изобретения модемовивидеотерминаловв60 – 70-егодывпередовыхстра- ных были созданы разветвленные системы теледоступа, а также сети ЭВМ с коммутацией каналов на основе телефонных линий общего пользования.

18.В Советском Союзе в 70-е годы по инициативе академика В.М.ГлушковабылапровозглашенапрограммасозданияОбщегосударственной автоматизированной системы (ОГАС) на базе Государственной сети вычислительных центров коллективного пользования (ГСВЦ) и Единой государственной сети передачиданных(ЕГСПД). Врамкахэтойпрограммыбылипостроены экспериментальные ВЦ коллективного пользования в Таллине, Туле, Минске и Томске. В целом проект ГСВЦ стимулировалразвитиевычислительнойтехникииинформатикивстране и привел ко многим позитивным переменам, но полностью его реализовать не удалось из-за ненадежности отечественной вычислительной техники и низкого качества линий передачи. Опытпоказал, чтосозданиекрупномасштабныхкомпьютерных сетей, основанных на принципе коммутации каналов, в условиях ненадежной связи в в принципе невозможно.

19.Принцип коммутации сообщений и пакетов в сетях передачи данных предложили в 1961-1964 годах независимо друг от дрруга три автора: Леонард Клейнрок (MIT и UCLA), Пол Бэрэн (Rand Corporation), аДональдДэвис(Национальнаяфизическая лаборатория, Великобритания). По сравнению с коммутацией каналов коммутация сообщений имеет преимущества в надежности иэкономичности, однакотребуетдлясвоей реализацииналичиявузлахкоммутацииполноценныхкомпьютеров. Кроме того неизбежно возникают задержки из-за переприема сообщений, которые могут быть уменьшены, если сообщения передаются не целиком, а короткими пакетами.

410

20.Первая практическая реализация идеи пакетной коммутации была осуществлена в компьютерной сети Министерства обороны США ARPAnet, запущенной в эксплуатацию в конце 1969 г.. Эксперименты показали ее исключительную устойчивость и эффективность, в результате чего стала бурно разрастаться, охватив множество университетов, правительственных и иных некоммерческих организаций. В 1970-годы в США и Европесталисоздаватьсядругиенекоммерческие, атакжекоммерческиекомпьютерныесетипакетнойкоммутации, изолированные друг от друга и несовместимые по форматам и процедурам передачи данных

21 Проблема совместимости компьютерных сетей могла быть решенадвумяспособами: необходимобылолибоунифицировать внутреннюю технологию построения сетей, с тем, чтобы они были изначально совместимыми, либо искать пути объединения различных сетей на внешнем, межсетевом уровне.

22.По пути полной унификации пошла группа ведущих производителейсетевогооборудованияителефонныхкомпаний, объединившаяся под эгидой МККТТ. Ими была разработана стандартная система протоколов передачи данных под названием «Рекомендация X.25». Многочисленные коммерческиеичастныесети, построенныепостандартамX.25, обеспечивали гарантированную и защищенную передачу пакетов на ненадежных и медленных каналах связи.

23.Путьмежсетевоговзаимодействия(internetworking) избралосообществоакадемических идругихнекоммерческихсетей, сплотившееся вокруг ARPAnet. С этой целью Роберт Кан и Винтон Серф в 1974 – 1983 годах разработали семейство межсетевых протоколовTCP / IP, позволяющихобъединятьранородныесети, не вмешиваясь в их внутренние механизмы работы. С 1983 г. на него перешла ARPAnet, затем к ней подключились другие сети, образуя глобальную сеть сетей Internet (в русскоязычном варианте это слово рекомендуется употреблять как имя нарицательное и писать со строчной буквы).

411

24.Впоследующиегодыинтернетразвивалсялавинообразно, превратившись из технического феномена в социальный. Число подключенных компьютеров ежегодно удваивалось и к 2001 году составило 109 миллионов. Это неизбежно привело к коммерциализации интернета в 1990-е годы. На смену Министерству обороны США и Национальному научному фонду (NSF), поддерживавшихинфраструктуруинтернетавпервыегодыего существования, пришли частные компании, открывшие новую рыночную нишу сетевых услуг.

Бурное развитие интернета быстро привело к исчерпанию пропускной способности его магистралей. Радикальным образом (увеличение скорости передачи данных в тысячу раз) эту проблему решает строительство информационных супермагистралей в рамках американских проектов Next Generation Internet – NGI и Internet2, стартовавших в 1996 г. Аналогичные проекты реализуются в других странах.

25.Родоначальником российского интернета является Институт атомной энергии им. Курчатова (ИАЭ), на базе которого в 1990 г.. была основана первая коммерческая сеть Relcom. Некоммерческиеакадемическиесетиначалисоздаватьсяв19941996 годах. Российским аналогом американской научной сети NSFnet cтала федеральная сеть RBNet, оператором которой является Российский НИИ развития общественных сетей (РосНИИРОС). Университетское сообщество связано спутниковой сетью RUNnet во главе с Московским университетом.

26.Локальные вычислительные сети (LAN), основанные на принципе селекции пакетов в широковещательной среде, появились несколько позже территориальных сетей пакетной коммутации (WAN), однако в дальнейшем они получили широчайшеераспространениеиявилисьтемикирпичиками, из которыхвпоследствииспомощьюWAN былпостроенинтернет. Впервые принцип селекции был опробован в широковещательной радиосети Aloha, созданной в 1970 г. на

412

Гавайских островах. В 1973 г. Роберт Меткалф из Xerox PARC предложил в качестве общего эфира использовать проводную магистраль, в 1976-1980 г. он разработал технологию Ethernet, которая в последующие годы стала самым популярным промышленным стандартом для организации LAN.

27.Сетипередачиданныхобразуюттелекоммуникационнуюоснову, на котором строятся современные компьютерные сети, построенныепомногоуровневой схеме. Каждому уровню сетевого взаимодействия соответствуют правила (протоколы), определяющие стандартизованные форматы и процедуры взаимодействия объектов. Классической и наиболее подробной считается семиуровневая модель взаимодействия откры-

тых систем (Оpen System Interconnection – OSI), предложен-

нная в начале 1980-х годов международной организацией по стандартизации (ISO), однако в этой модели можно выделить три обобщенных слоя.

28.Нижние уровни коммуникационных протоколов (в модели OSI

– первый и второй) образуют канальный слой, определяющий базовую технологию доставки пакетов данных между абонентами в пределах одной сети. В настоящее время для локальных сетей наиболее популярной является технология Ethernet, для магистральных глобальных сетей – Frame relay (развитие X.25) и ATM.

29.Средний – транспортный – слой коммуникационных протоколов (в модели OSI – с третьего по пятый уровни) отвечает за надежную доставку целостных сообщений, в том числе за пределыоднойлокальнойсети.Существуютсемейства(стеки) взаимосвязанных протоколов транспортного слоя, самым известным из которых является стек протоколов интернета TCP / IP. В нем протокол IP задает глобальную адресацию абонентов и определяетпроцедуру доставкиодногопакета, апротоколTCP обеспечивает надежную передачу целостных сообщений. По- сколькуцифровойформатIP-адресанеудобенконечномупользо- вателю, в интернете организована система доменной адреса-

413

ции абонентов (DNS).

30.Протоколыверхнихуровней(вмоделиOSI – шестойиседьмой), надстроенные над транспотным слоем, образуют прикладной слой. Онпредоставляетпользователямвысокоуровневыеуслуги локальной или глобальной компьютерной сети. Каждый сетевой сервис может быть организован либо по одноранговой, либо по клиент-серверной технологии. Одноранговая технология обычно применяется для поддержки простых услуг (доступ к общим файлам и устройствам) в локальных сетях, кли- ент-серверные технологии типичны для сервисов интернета, а также для корпоративных интранет- и эrстранет-сетей.

31.Современные высокоуровневые услуги интернета сформировались в результате тридцатилетней эволюции

•исторически первым сетевым сервисом была эмуляция удаленного терминала по протоколу Telnet (1969 г.);

•следующей высокоуровневой услугой стала передача файлов,

влокальных сетях она до сих пор являкется одним из основных видом сервиса. В интернете передача файлов производится по протоколу FTP, разработанному в 1972 г.;

•основнымвидомсервисанапервомэтаперазвитияглобальных сетей была электронная почта (E-mail), ведущая свою историю с1972 г. Функционированиеэлектроннойпочтыобеспечивается несколькими протоколами, наиболее популярными из которыхявляетсяпротоколотправкипочтыSMTP ипротоколполучения почты POP3. На основе стандартной электронной почты

винтернетереализованоещенескольковысокоуровневых сервисов, например, списки рассылки и почтовые конференции;

•в 1979 г. была предложена технология групп новостей, специализированная сеть Usenet обмена новостями для пользователей системы Unix в дальнейшем превратилась в одну из крупнейших глобальных информационных систем. В 1986 году с помощью протокола NNTP группы новостей стали доступны в интернете;

414

•дляобмена текстовымисообщениями врежиме реальноговремени разработано несколько технологий. С 1988 г. пользователиинтернетамогутвестибеседу(сhat) наосновепротоколаIRC. В 1997 г. израильская фирма Mirabilis предложила прикладной протокол и технологию ICQ, давшую возможность фирме America on-Line организовать глобальную службу мгновенных сообщений (интернет-пейджинг);

•с начала 1990-х годов в интернете начали развиваться мульти- медиа-услуги. К ним относятся компьютерная телефония, видеоконференции, потоковое радио- и видеовещание. Эти виды сервиса стали возможны благодаря изобретению эффективных алгоритмовкомпрессиимультимедийнойинформации, основанных на фундаментальных математических и психофизиологических и сследованиях. Для сжатия статических изображений разработан метод JPEG (1988 г.), для кодирования видеопотока извуковогосопровожденияпредложеныстандартыMPEG, первыйизкоторыхсозданв1992 г., анаиболеесовершенныйMPEG- 4 к 2000 году еще находился в состоянии частичной реализации;

32.Особым видом сетевого сервиса является накопление и совместное использование информационных ресурсов. Элементы этого сервиса содержались уже в группах новостей и FTP-архивах, однако его истинное развитие началось после того, как в 1989-1991 годах почти одновременно были предложены две новых интернет-технологии, основанные на различных принципах:

•технология Gopher, разработанная в Университете штата Миннесота, представляет собойраспределенную поинтернету файловуюсистему, имеющуюиерархическуюструктуруввиде дерева каталогов. Клиентская программа Gopher позволяет осуществлять навигацию по рубрикам каталогов и копировать накомпьютервыбранныйфайл. ДляоблегченияпоисавGopherпространстве была разработана информационно-поисковая система Veronica. В первой половине 90-х годов технология