вычислительные сети

язык EDIFACT осуществляется с помощью конвертеров. В России с 1991 г. действует Совет ЭДИФИКАТ СНГ, членами которого являются государственные и правительственные органы. Основная задача Совета – обеспечение внедрения в странах СНГ стандарта EDIFACT и систем безбумажной информационной технологии.

Рынок программного обеспечения включает все виды программной продукции. Среди фирм-поставщиков программного обеспечения выделяется информационнокоммерческая фирма «MERCURY SOFT», специализирующаяся на программах делового применения. Она разрабатывает и поставляет программное обеспечение административно-хозяйственной и финансовой деятельности.

Рынок систем сетевых коммуникаций охватывает системы электронной почты, телеконференций, электронные сетевые доски объявлений и другие системы, объединяющие пользователей ТВС.

По мере развития сетей расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

Наиболее распространенные услуги, предоставляемые современными ТВС:

•телекоммуникационные услуги – обмен сообщениями в режиме «электронная почта» как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей; обмен сообщениями между участниками телеконференций и телесеминаров; организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявлений); организация диалога и обмена сообщениями двух абонентов в режиме «запрос – ответ»; передача больших массивов – файлов; выдача копий сообщений по запросам абонентов и т. д.;

•информационные услуги – поиск информации по вопросам, интересующим абонентов;

•консультационные услуги – консультации по информационному и программному обеспечению сети; консультации по технологии использования общественных ресурсов; обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и т. д.;

•технические услуги – установка программного обеспечения, установка и тестирование модемов и др.;

•рекламные услуги – размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах.

В отличие локальных сетей, в составе которых имеются свои высокоскоростные каналы передачи информации, глобальная (а также региональная и, как правило, корпоративная) сеть включает подсеть связи (иначе: территориальную сеть связи, систему передачи информации), к которой подключаются локальные сети, отдельные компоненты

итерминалы (средства ввода и отображения информации). Подсеть связи состоит из каналов передачи информации и коммуникационных узлов, которые предназначены для передачи данных по сети, выбора оптимального маршрута передачи информации, коммутации пакетов и реализации ряда других функций с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения, имеющихся в коммуникационном узле. Компьютеры, за которыми работаю пользователи-клиенты, называются рабочими станциями, а компьютеры, являющиеся источниками ресурсов, называются серверами. Такая структура сети получила название узловой.

Всемирная глобальная сеть Internet до 1995 г., когда она контролировалась National Science Foundation (NSF), имела строго иерархическую трехуровневую структуру. На верхнем уровне (первом) находилась базовая высокоскоростная магистраль, к которой подключались сети второго уровня – региональные поставщики услуг доступа в Internet. К сетям регионального уровня подключались сети третьего, локального уровня (сети предприятий, учебных заведений, научных учреждений и т. д.).

По мере развития Internet и, особенно с появлением гипертекстовой системы WWW (World Wide Web) она значительно увеличилась, превратилась в коммерческую сеть, и связи перестали представлять трехуровневую иерархическую структуру. Теперь Internet

имеет типичную для глобальных сетей узловую структуру. Она представляет собой совокупность взаимосвязанных коммуникационных центров, к которым подключаются региональные поставщики сетевых услуг и через которые осуществляется их взаимодействие. Следовательно, с точки зрения пользователя, в сети Internet выделяются поставщики услуг, и потребители этих услуг – клиенты. Взаимодействие поставщиков с клиентами осуществляется через коммуникационную систему.

Организация обмена данными в территориальных сетях, в том числе и в сети Internet, осуществляется двумя различными способами: без установления логического соединения между передающим и принимающим узлами сети и с установлением логического соединения (с установлением сеанса связи).

Режим «без соединения» больше подходит там, где взаимодействие имеет кратковременный характер, при котором объем передаваемых данных велик, а интервалы между передачами значительны (относительно скорости передачи). Кроме того, его целесообразно использовать в системах с повышенными требованиями к надежности доставки данных адресату, так как эти требования можно удовлетворить путем тиражирования данных и передачи адресату по разным маршрутам. Он широко используется в дейтаграммных сетях, в которых реализуются дейтаграммные протоколы информационного обмена.

Режим «с соединением» целесообразно использовать для тех применений, где взаимодействие имеет долговременный характер, конфигурация взаимодействующих объектов постоянна, а поток данных не имеет больших пауз. Связь с установлением логического канала применяется в виртуальных сетях, где используются протоколы информационного обмена типа виртуального соединения. Такая связь может быть многоканальной, и тогда каждая пара взаимодействующих абонентов, обмениваясь данными по своему виртуальному каналу, воспринимает его как выделенный канал, в распоряжении которого предоставлены все ресурсы связи. При передаче по виртуальному каналу длинных сообщений, они разбиваются на одинаковые части (пакеты), которые отправляются в канал в порядке их размещения в сообщении. Это избавляет от необходимости снабжать пакет служебной информацией в полной мере, с тем, чтобы превратить его в независимую единицу передачи информации, как это имеет место в дейтаграммных сетях.

Воснову архитектуру сетей положен многоуровневый принцип передачи сообщений. Формирование сообщений осуществляется на самом верхнем уровне модели ВОС. Затем (при передаче) оно последовательно проходит все уровни системы до самого нижнего, где и передается по каналу связи адресату. По мере прохождения каждого из уровней системы сообщение трансформируется, разбивается на сравнительно короткие части, которые снабжаются дополнительными заголовками, обеспечивающими информацией аналогичные уровни на узле адресата. В этом узле сообщение проходит от нижнего уровня к верхнему уровню, снимая с себя заголовки. В результате адресат принимает сообщение в первоначальном виде.

Втерриториальных сетях управление обменом данных осуществляется протоколами верхнего уровня модели ВОС. Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола верхнего уровня для них характерно наличие общих функций:

• инициализация связи;

• передача и прием данных;

• завершение обмена.

Каждый протокол имеет средства для идентификации любой рабочей станции сети по имени, сетевому адресу или по обоим этим атрибутам. Активизация обмена информацией между взаимодействующими узлами начинается после идентификации узла адресата узлом, инициирующим обмен данными. Инициирующая станция устанавливает один из методов организации обмена данными: метод дейтаграмм или метод сеансов

связи. Протокол предоставляет средства для приема/передачи сообщений адресатам и источникам. При этом обычно накладываются ограничения на длину сообщений.

Виды протоколов

•Протокол TCP/IP – это семейство программно реализованных протоколов старшего уровня, не работающих с аппаратными прерываниями. Технически протокол TCP/IP состоит из двух частей – IP и TCP;

•Протокол IP (Internet Protocol – межсетевой протокол) – главный протокол семейства, он реализует распространение информации в IP-сети и выполняется на третьем (сетевом) уровне модели ВОС. Протокол IP обеспечивает дейтаграммную доставку пакетов, его основная задача – маршрутизация пакетов. Он не отвечает за надежность доставки информации, за ее целостность, за сохранение порядка потока пакетов. Сети, в которых используется протокол IP, называются IP-сетями. Они работают в основном по аналоговым сигналам (т. е. для подключения компьютера к сети требуется IP-модем) и являются сетями с коммутацией пакетов. Пакет здесь называется дейтаграммой;

•Высокоуровневый протокол ТСР (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей) работает на транспортном уровне и частично – на сеансовом уровне. Это протокол с установлением логического соединения между отправителем и получателем. Он обеспечивает сеансовую связь между двумя узлами с гарантированной доставкой информации, осуществляет контроль целостности передаваемой информации, сохраняет порядок потока пакетов.

Для компьютеров протокол TCP/IP – это то же, что правила разговора для людей. Он принят в качестве официального стандарта в сети Internet, т. е. сетевая технология TCP/IP де-факто стала технологией всемирной сети.

Протокол TCP/IP основывается на концепции одноранговых сетей. Все рабочие станции, соединенные при помощи этого протокола, имеют одинаковый статус. Однако любая из них, располагаю соответствующими средствами, может временно выполнять дополнительные функции, связанные, например, с управлением ресурсами сети. Ключевую часть протокола составляет схема маршрутизации пакетов, основанная на уникальных адресах сети Internet. Каждая рабочая станция, входящая в состав локальной или глобальной сети, имеет уникальный адрес, который включает две части, определяющие адрес сети и адрес станции внутри сети. Такая схема позволяет передавать сообщения как внутри данной сети, так и во внешние сети. Часть протокола TCP/IP, отвечающая за распознавания адреса, называется IRP (протокол распознавания адреса).

5 ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

5.1 Основные сведения о телекоммуникационных системах

Основная функция телекоммуникационных систем (ТКС), или территориальных сетей связи (ТСС), в условиях функционирования ТВС заключается в организации оперативного и надежного обмена информацией между абонентами, а также в сокращении затрат на передачу данных. Главный показатель эффективности функционирования ТКС – время доставки информации. Она зависит от ряда факторов:

•структуры сети связи;

•пропускной способности линии связи;

•способов соединения каналов между взаимодействующими абонентами;

•протоколов информационного обмена;

•методов доступа абонентов к передающей среде;

•методов маршрутизации пакетов.

Понятие «территориальная» означает, что сеть связи распределена на значительной территории. Она создается в интересах всего государства, учреждения, предприятия, фирмы, имеющей отделения по району, области или по всей стране. Характерные особенности ТСС:

•разнотипность каналов связи – от проводных каналов тональной частоты до оптоволоконных и спутниковых;

•ограниченность числа каналов связи между удаленными абонентами, по которым необходимо обеспечить обмен данными, телефонную связь, видеосвязь, обмен факсимильными сообщениями;

•наличие такого важного ресурса, как пропускная способность каналов связи.

Следовательно, ТСС – это географически распределенная сеть, объединяющая в себе

функции традиционных сетей передачи данных (СПД), телефонных сетей и предназначенная для передачи трафика различной природы, с разными вероятностновременными характеристиками.

5.2Основы передачи информации

•Информация, сообщения, сигналы

•Спектры сигналов

•Модуляция

•Дискретизация, квантование и кодирование информации

I.Информация, сообщения, сигналы

Информация – это сведения о результатах измерения и наблюдения за каким - либо объектом, которые являются объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Формой представления является сообщение. Одно и тоже сообщение может быть передано в различной форме (письменно, устно, жестами и т.д.). Сообщение создается источником, передается по каналу передачи данных (КПД) получателю – рис. 1.1. Основной характеристикой сообщения является количество информации, которое измеряется в двоичных единицах (bit).

Рис. 1.1

Определяется количество информации по формуле

где p(ai) – вероятность появления сообщения ai.

Среднее количество информации (энтропия), которое приходится на одно сообщение определяется формулой Шеннона:

Энтропия – мера неопределенности в поведении источника сообщений. Неопределенность отсутствует (Н(А) = 0), если с вероятностью единица p(ai) = 1 источником выдается всегда одно и тоже сообщение.

Пример 1.1.

Определить энтропию сообщений при к = 2, p(ai) = p(a1) = p(a2) = 0,5.

Для определения энтропии источника сообщений воспользуемся формулой (1.2), подставив в нее числовые значения получим:

Для физической передачи сообщения по каналу передачи данных используется

сигнал. Сигналы могут быть периодическими и непериодическими. Периодический сигнал –

это сигнал, значения которого повторяются через равные промежутки времени (Т), называемые периодом. Для непериодических сигналов это условие не выполняется. Простейший периодический сигнал – гармоническое колебание

где S – амплитуда колебания, ω – угловая частота колебания.

II.Спектры сигналов

Вкачестве периодического сигнала может выступать последовательности прямоугольных импульсов, которая состоит из суммы синусоид (1.3), имеющих различные значения S и (рис.2.1). К основным характеристикам импульса относят:

амплитуду импульса (S), длительность импульса (), и период (Т) и частоту следования

импульсов . Отношение называют скважностью импульса.

Рис. 2.1 – Периодическая последовательность импульсов

Разложение сигнала на сумму обыкновенных синусоид впервые доказал французский математик Ж. Фурье в 20-х гг. XIX века. Набор таких синусоид получил название спектра. Каждый сигнал имеет свой спектр и может быть получен из синусоид с

Рис. 2.2. а) зависимость S(t) при f1 = 50 Гц и б)спектральная

Рис. 2.3. a) 1 - S(t)= S1(t), 2 - S(t)=S2(t), 3 - S(t)=S1(t) + S2(t),

б) спектральная диаграмма.

2.Построим вторую синусоиду: при S2=S1/3 и

3.Увеличивая последовательно частоту колебаний в 5,7,9…, и уменьшая амплитуду в 5,7,9… раз соответственно получим общую сумму синусоид:

На графике (рис. 2.4, а) сумма всех синусоид напоминает форму импульса.

Рис. 2.4.

Существуют импульсы различной формы (треугольные, полупериодные и т.д.), которые могут состоять не только из синусоид, но и косинусоид. Каждый спектр сигнала, имеет свою ширину. Если полоса пропускаемого устройства недостаточна широка, чтобы пропустить все гармоники, то форма сигнала может исказиться, и информация будет передана не точно.

III. Модуляция Рассмотрим основные этапы передачи сообщения (рис.3.1).

Рис. 3.1.

На рисунке: ИС - источник сообщения, ПС - получатель сообщения, S(t)- первичный сигнал, U(t)- преобразованный сигнал, удобный для передачи по КПД, ~U(t) и ~S(t) - обратно преобразованные сигналы. Для передачи информации необходимо воспользоваться материальным объектом, способным перемещаться в пространстве: электромагнитное поле, световой луч и т.д. В качестве переносчика используют гармоническое колебание высокой частоты - несущее колебание.

Модуляция - это процесс преобразования первичного сигнала S(t), т.е. изменение одного или несколько параметров несущего колебания по заказу изменения первичного сигнала. Запишем гармонические колебания, выбранное в качестве несущего в виде:

Это колебание характеризуется параметрами: амплитудой U0, частотой и фазой . Модуляцию можно осуществить, изменяя любой из трех параметров. Рассмотрим

амплитудную модуляцию сигнала.

Амплитудная модуляция сигнала - это изменение во времени амплитуды несущего колебания U0 пропорционально первичному сигналу S(t), т.е. V(t)=U0+Kам*S(t), где Кам - коэффициент пропорциональности. Несущее колебание (3.2) с модулированной по закону первичного сигнала модуляцией равно:

если - первичный сигнал, то модулированное колебание имеет вид:

Подставим в формулу (3.3) значение первичного сигнала, вынесем за скобки U0 - амплитуду несущего колебания и обозначим получим:

На рисунке (3.2) отображены графики, показывающие амплитудную модуляцию сигнала.

На рисунке (3.3) показан дискретный первичный сигнал S(t) и несущие колебания модулированные этим сигналом по амплитуде, частоте и фазе.

Рис. 3.3.

Импульсная модуляция (рис 3.4) - это изменение длительности или амплитуды импульсной последовательности. Различают следующие виды импульсной модуляции: амплитудно АИМ (изменение амплитуды), широтноШИМ (изменение длительности импульса) и частотноЧИМ (изменение частоты следования импульсов).

Рис. 3. 4.

Для извлечения первичного сигнала из переносчика используют демодуляцию.

IV. Дискретизация, квантование и кодирование информации

Цифровой сигнал - это последовательность импульсов, если принять условно факт наличия импульса за единицу, а факт его отсутствия за ноль. Любую последовательность импульсов можно представить как чередование единиц и нолей. По своей природе сигналы являются аналоговыми. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется дискретизация.

Рис. 4.1.

Время, в течение которого осуществляется передача сообщения, разбивается на временные интервалы

и измеряются значения величины в каждый момент времени ti.

-интервал дискретизации,

-частота дискретизации.

Врезультате дискретизации непрерывного сигнала S(t) была получена последовательность импульсов. Амплитуда импульса равна мгновенным значениям

сигнала в момент

Границы этих отрезков передают значения амплитуд импульсов следовательно амплитуды передаваемых импульсов равны ближайшим разрешенным уровням. Такое преобразование первичного сигнала называется квантованием. После квантования все уровни можно пронумеровать и свести передачу сигнала к передаче последовательности пронумерованных уровней, которые сигнал принимает в момент . В процессе квантования возникает ошибка - шум квантования. Чем меньше шаг квантования, тем меньше шум. Следующий шаг в преобразовании сигнала - кодирование. Кодирование осуществляется с помощью АЦП.

5.3 Коммутация в сетях

Основным элементом в древовидных сетях является узел коммутации, в функции которого входит организация составных каналов передачи данных между абонентскими системами. Различают три способа коммутации данных: коммутация каналов,

коммутация сообщений и коммутация пакетов.

Любую сеть можно представить в виде модели графа, где вершинами графа являются узлы коммутации (УК), а соединяющие их линии - каналами связи (КС) (рис.1).

Рис. 1. Компьютерная сеть, представленная в виде модели графа