52. Які основні компоненти розподілених систем Ви знаєте?

Распределенные информационные системы содержат следующие основные компоненты:

1. DTE – оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment);

2. DCE – оборудование окончания канала данных (Data Circuit-terminating Equipment);

3. DSE – оборудование коммутации данных (Data Switching Equipment);

4. передающую среду.

DTE – это обобщенное понятие, используемое для описания системы конечного пользования, в качестве которого может выступать компьютер или терминальное устройство (любое устройство ввода-вывода или отображения информации). Компьютеры в узлах сети иногда называют хост-машинами или просто хостами.

Основная функция DCE состоит в том, чтобы обеспечить доступ оконечному оборудованию данных – DTE к передающей среде. Вначале DCE представляли собой устройства, реализующие исключительно коммуникационные функции, однако в последнее время в них включается также часть функций пользователя (например, сжатие данных). Примером DCE может служить модем, выполняющий преобразование сигналов из цифровой в аналоговую форму (модуляцию сигналов) и обратное преобразование (демодуляцию) для передачи данных по телефонным каналам связи. Другим примером DCE является плата для подкючения компьютера к локальной сети - сетевой адаптер.

Основной функцией DSE является передача данных и, при необходимости, коммутация и маршрутизация трафика (данных пользователя) в сети от источника к адресату.

Примерами DSE являются концентратор (рис. 2.57а), на вход которого поступают данные из нескольких источников (от каждого по своему каналу), а на выходе – канал, в который передается суммарный поток данных от входных источников, и коммутатор (рис. 2.57б), перенаправляющий потоки данных по разным каналам, в зависимости от адресата данных или по какому-либо другому критерию.

Другие типы DSE: повторители, мосты, маршрутизаторы и шлюзы будут рассмотрены далее.

Существует множество типов и видов DTE, DCE и DSE, однако следует отметить, что для них не существует стандартизованных наименований и устройства, называемые по-разному разными фирмами-изготовителями или разработчиками сетевых протоколов, могут выполнять одинаковые функции, и наоборот, назначение устройств с одинаковыми названиями может не совпадать у разных производителей и разработчиков.

DTE вместе с DCE образуют узлы сети, а соединяющая их передающая среда и DSE часто называется сетью передачи данных.

53.Перечисліть типи і дайте характеристики передаючих середовищ.

Для того, чтобы DCE могли связаться между собой в сеть, они должны быть соединены между собой с помощью некоторой физической передающей среды (например, проводной связью).

Основными типами передающих сред, используемых в компьютерных сетях являются:

• аналоговые телефонные каналы общего пользования;

• цифровые каналы;

• узкополосные и широкополосные кабельные каналы;

• радиоканалы и спутниковые каналы связи;

• оптоволоконные каналы связи.

Основными характеристиками канала связи являются:

• режим передачи (симплексный, полудуплексный, дуплексный);

• ширина полосы пропускания W = f₂ - f₁ (в герцах), где f₂ и f₁ – соответственно верхняя и нижняя границы полосы пропускания;

• отношение сигнал/шум S/N (в децибелах), где S – средняя мощность сигнала, а N – средняя мощность шума;

• максимальная скорость (емкость) (в битах/с), определяемая по формуле Шеннона C = W log₂(1 + S/N);

• максимально допустимая скорость модуляции (в бодах), определяемая по формуле Найквиста R_max=2W (если пренебречь величиной f₁);

• достоверность передачи или средняя вероятность ошибки.

Аналоговые каналы связи первыми начали применяться для передачи данных в компьютерных сетях и позволили использовать уже существовавшие тогда развитые телефонные сети общего пользования. Передача данных по аналоговым каналам может выполняться двумя способами. При первом способе телефонные каналы (одна или две пары проводов) через телефонные станции физически соединяют два DCE с подключенными к ним DTE. Такие соединения называют выделенными линиями или непосредственными соединениями (нс). Второй способ – это установление соединения с помощью набора телефонного номера (с использованием коммутируемых линий).

Качество передачи данных по выделенным каналам, как правило, выше (вероятность ошибки 10^-4-10^-5 по сравнению с 10^-3-10^-4 на коммутируемых каналах) и соединение устанавливается быстрее (поскольку не нужно набирать номер и, кроме того, ожидать освобождения канала, если телефонный номер занят или промежуточные линии связи перегружены). Однако выделенная линия стоит значительно дороже (особенно для междугородних соединений), чем оплата времени соединения по коммутируемым линиям. Кроме того, на каждый выделенный канал необходимо свое DСЕ (хотя есть и многоканальные DСЕ), а при коммутируемой связи можно использовать для связи с другими узлами одно DCЕ.

По мере роста трафика в сетях все сильнее стали проявляться недостатки аналоговых каналов: низкая скорость, нерациональное использование полосы пропускания и низкая достоверность передачи (особенно недопустимая при передаче аудио и видеоданных). Особенно остро эта проблема стоит в странах СНГ и, в частности, в Украине, где на отдельных направлениях очень плохое качество каналов связи даже на небольших скоростях не может обеспечить приемлемого качества передачи.

Параллельно с использованием аналоговых телефонных сетей для межкомпьютерного взаимодействия начали развиваться и методы передачи данных в дискретной (цифровой) форме по ненагруженным телефонным каналам (т.е. телефонным каналам, к которым не подведено электрическое напряжение, используемое в телефонной сети) – цифровым каналам.

Следует отметить, что, наряду с дискретными данными, по цифровому каналу можно передавать и аналоговые информацию (голосовую, видео, факсимильную и т.д.), преобразованную в цифровую форму.

Наиболее высокие скорости на небольших расстояниях могут быть получены при использовании особым образом скрученной пары проводов (для того, чтобы избежать взаимодействия между соседними проводами), так называемой витой паре (ТР – Twisted Pair).

Основными характеристиками витой пары являются:

• диаметр провода;

• затухание (в децибелах/км) на заданной частоте;

• сопротивление на заданной частоте.

Обычно провода в витой паре имеют диаметр 0,6 мм, затухание 10 дБ/км на частоте 10 Кгц и 40 дБ/км на частоте 10 МГц и сопротивление, изменяющееся от приблизительно 600 ом на частоте 1 Кгц до 100 ом на частоте 1 МГц.

Установлено, что при заданном диаметре затухание меньше при более высоком сопротивлении. Для увеличения сопротивления обычно увеличивают толщину изоляционного слоя или изменения его состава (таким способом сопротивление может быть увеличено до 150 ом на частоте 1 МГц).

Кроме того, для защита от электромагнитного взаимодействия, витые пары могут быть изолированы друг от друга с помощью тонкой металлической трубки, называемой экраном, который особенно эффективен на высоких частотах (несколько МГц). Такие витые пары обычно называют в спецификациях STP – экранированной витой парой (Shielded Twisted Pair) в отличие от UTP – неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair).

Кабельные каналы, или коаксиальные пары представляют собой два цилиндрических проводника на одной оси, разделенные диэлектрическим покрытием. Один тип коаксиального кабеля (с сопротивлением 50 ом), используется главным образом, для передачи узкополосных цифровых сигналов, другой тип кабеля (с сопротивлением 75 ом) – для передачи широкополосных аналоговых и цифровых сигналов. Узкополосные и широкополосные кабели, непосредственно связывающие между собой DSE или DCE, позволяют обмениваться данными на высоких скоростях (до нескольких Мбит/с) в аналоговой или цифровой форме. Следует отметить, что на небольших расстояниях (особенно в локальных сетях) кабельные каналы все больше вытесняются каналами на витых парах, а на больших расстояниях – оптововолоконными каналами связи.

Использование в компьютерных сетях в качестве передающей среды радиоволн различной частоты является экономически эффективным либо для связи на больших и сверхбольших расстояниях (с использованием спутников), либо для связи с труднодоступными, подвижными или временно используемыми объектами.

Частоты, на которых функционирую радиосети за рубежом, обычно используют диапазон 2-40 ГГц (в особенности диапазон 4-6 ГГц). Узлы в радиосети могут быть расположены (в зависимости от используемой аппаратуры) на расстоянии до 100 км друг от друга.

Спутники обычно содержат несколько усилителей (или транспондеров), каждый из которых принимает сигналы в заданном диапазоне частот (обычно 6 или 14 ГГЦ) и регенерирует их в другом частотном диапазоне (например, 4 или 12 ГГц). Для передачи данных обычно используются геостационарные спутники, размещенные на экваториальной орбите, на высоте 36000 км. Такое расстояние дает существенную задержку сигнала (в среднем 270 мс) для компенсации которой используют специальные методы.

Обмен данными по радиоканалам может вестись как с помощью аналоговых, так и цифровых методов передачи. Цифровые методы получают в последнее время преимущественное развитие, т.к. позволяют объединить наземные участки цифровых сетей и спутниковых каналов или радиоканалов в единой сети. Новым импульсом в развитии радиосетей стало появление сотовой телефонной связи, позволяющей осуществлять голосовую связь и обмен данными с помощью радиотелефонов или специальных устройств обмена данными.

Помимо обмена данными в радиодиапазоне последнее время для связи на небольшие расстояния (обычно в пределах комнаты) используется и инфракрасное излучение.

В оптоволоконных каналах связи используется известное из физики явления полного внутреннего отражения света, что позволяет передавать потоки свете внутри оптоволоконного кабеля на большие расстояния практически без потерь. В качестве источников света в оптоволоконном кабеле используются светоиспускающие диоды LED (Light-Emitting Diode) или лазерные диоды, а в качестве приемников – фотоэлементы.

Основными преимуществами оптоволоконной связи являются:

• очень широкая полоса пропускания (до 1 ГГц), что обеспечивает большие скорости передачи данных;

• низкая вероятность ошибки (меньше 10^-10);

• малое затухание (порядка 1 дБ/км), что позволяет располагать усилители (в протяженных каналах) на расстоянии нескольких десятков километров друг от друга;

• защищенность от радиопомех, которым подвержены линии проводной связи и радиосвязи;

• нечувствительность к температурным изменениям.

Различают два вида оптоволоконных кабелей: многомодовые и одномодовые. Последние характеризуются значительно большей полосой пропускания, чем многомодовые, однако более сложны при изготовлении (и, соответственно, имеют более высокую стоимость). Кроме того, для генерации света в одномодовых кабелях могут использоваться только лазерные диоды. Типичными характеристиками являются:

• для многомодового кабеля: ширина диапазона частот – 50 МГц, затухание 3 дБ/км (с источником LED с длиной волны 850 нм), что обеспечивает максимальную длину кабеля (без усилителя) около 10 км;

• для одномодового кабеля: ширина диапазона частот – 100 ГГц, затухание 0,3 дБ/км (с источником – лазерным диодом с длиной волны 1550 нм), что обеспечивает максимальную длину кабеля (без усилителя) более 100 км.

Оптоволоконные каналы связи, несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с другими видами связи, получают все большее распространение, причем не только для связи на небольшие расстояния, но и на внутригородских и междугородных участках.