1. СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ(СПД), ИХ НАЗНАЧЕНИЕ
Сети передачи данных (вычислительные или компьютерные) являются результатом эволюции 2-х важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации, а именно компьютерных и телекоммуникационных технологий, т.е. могут рассматриваться как:
1. Распределенные вычислительные системы, в которых группы компьютеров согласованно выполняют набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.
2. Как средства передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных.
Компьютерная сеть – набор компов разных типов (небольшие микропроцессоры, рабочие станции, миникомпьютеры, ПК, суперкомпьютеры) передачу сообщений между любой парой которых обеспечивает коммутационная система (кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы) позволяющая пользователю работать со своим компьютером в автономном режиме и иметь возможность доступа к информации и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.
История:
1) В нач. 40-х г. XX в.: идея компьютера предложена Чарльзом Бэбиджем.
2) сер. 40-х г. ХХ в.: первые вычислительные машины (машинный язык, СПО нет);
3): сер. 50-х г. ХХ в.: новая элементная база – п/п элементы, появились алгоритмические языки, трансляторы, первые управляющие программы (мониторы);
4)сер. 60-х – сер. 70-х гг. ХХ в.: развития ОС и компьютерных сетей, переход к интегральным микросхемам, Это позволило реализовать: пакетная обработка и разделение во времени, многотерминальный режим, а также появились первые глобальные сети – десятки Кбит/с).
5): кон. 80-х – кон. 90-х г. ХХ в. Появилась технология SDH – синхронной цифровой иерархией со скоростью цифровых каналов – 10 Гбит/с, и технология спектрального мультиплексирования DWDM от 100 Гбит/с до Тбит/с. Появились ПК в качестве серверов, и коммерческое использование Internet.
2. ИНФОРМАЦИЯ, НОСИТЕЛИ ИНФ-ЦИИ, ФОРМЫ АДЕКВАТНОСТИ, СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА.
Под информацией понимается упорядоченная количественно-оцениваемая совокупность материально-энергетических проявлений окружающего мира, способная быть объектом хранения, преобразования и передачи.
Свойства:а) Информация обеспечивает получение новых знаний об окружающих объектах.б) Информация в чистом виде не материальна но реализуется в форме материальных носителей (знаков или символов)
.в)Знаки и символы несут информацию только получателю, способному их воспринимать и распознавать.
Знаками (символами) называют статические носители информации, представляющие собой устойчиво и однозначно распознаваемые получателем материальные объекты, а именно: буквы, цифры, условные обозначения.Символами называют динамические процессы во времени, состоянии, физических полей любой природы, параметры которых выступают как определенные функции времени.
В качестве знаков (символов) используют книги и аудио/видео записи. Знаки или символы используются для накопления и хранения информации. Способы измерения информации
Счетное множество дискретных элементов называется алфавитом, а элементы этого алфавита называются буквами. Число букв в алфавите, называется объектом.В дискретных моделях информационных систем минимальные неделимые элементы информации, называются квантами.
Геометрическая мера информации- количество информации оценивается числом квантов, на которое может быть разбито данное информационное пространство в пределах заданных структурных габаритов..
Комбинаторная мера информации. . В комбинаторной мере количество информации оценивается числом возможных комбинаций, которые можно сформировать из данных комбинационных элементов.
Аддитивная мера информации (мера Хартли) логарифмической или аддитивной меры. В основу этой методики были положены следующие допущения: 1. Сигналы, по средствам которых передаются сообщения, имеют дискретный характер.2. Алфавит, используемый для передачи сообщений, состоит из конечного числа m-элементов.3. Все символы (буквы алфавита) статистически не зависимы, т.е. могут занимать любую позицию 4. Все буквы алфавита равновероятностные.
Если при этом используется сообщение, каждый из которых содержит n-символов, то количество слов, которые могут получить, равно
N=mn
- число слов.. Согласно принятым Хартли
допущениям, все символы алфавита
равновероятны, поэтому вероятности
появления любого из N
возможных слов. Если равная вероятность
событий или сообщений не выполняется,
то формула Хартли к таким событиям не
применимы.
Статическая мера информации (мера Шеннона)
Формула Хартли не отражает случайно статистического характера событий, поэтому в общем случае необходимо обеспечить связь между количеством информации и вероятностью возникновения соответствующих событий. При статистическом подходе информация рассматривается как мера вероятности появления соответствующего сообщения.(энтропия) С этой точки зрения, чем событие более вероятно, тем меньше количество информации в сообщении о нем мы имеем.
3.СИСТЕМЫ ТЕЛЕОБРАБОТКИ ДАННЫХ (СТОД). НАЗНАЧЕНИЕ. СТРУКТУРА ТИПОВОЙ СТОД, ФУНКЦИИ КОМПОНЕНТОВ
Система телеобработки данных – информационно-вычислительная система, в которой выполняется дистанционная обработка данных.
Применяется в случаях:
1. дистанционного централизованного решения задач абонентов;
2. для сбора данных, которые считываются на абонентских пунктах с промежуточного носителя;
3. для решения задач, связанных с коммутацией сообщений;
4. при выдаче справок;
5. для управления компьютером, когда абонентский пульт используется в качестве пульта управления компьютером.
Типовой СТОД: - ЭВМ-->УС<--АПД<--КС-->УУС—АП
Функции компонентов:
ЭВМ одна или несколько;
УС – устройство сопряжения компа с АПД (линейные адаптеры, мультиплексоры передачи данных и связанные процессоры);
АПД – аппаратура передачи данных (устройства преобразования сигналов и устройства защиты от ошибок);
КС – канал связи;
УУС – устройство удаленного согласования (коммутаторы, концентраторы, и удаленные мультиплексоры);
АП – абонентские пункты. Осуществляют ввод и вывод данных.
4.ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ (ИВС). НАЗНАЧЕНИЕ. ВИДЫ ИВС. ТИПЫ ТОПОЛОГИЙ ИВС
ИВС представляют собой систему компьютеров объединенных каналами передачи данных.Основное назначение ИВС – обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг пользователям сети посредствам организации удобного и надежного доступа к ресурсам распределенным в этой сети. Виды ИВС:
1. в зависимости от охвата территории: локальные, региональные и глобальные; 2. по принципу передачи данных: последовательные (от одного узла к другому) и широковещательные (один узел передает, остальные принимают); 3. по геометрии построения (топологии): шинные, кольцевые и радиальная (звездообразная); 4. по используемой коммуникационной среды: сеть с моноканалом (абонент читает только свое) и иерархические.
Топология – граф, узлы – компы и коммуникационное оборудование, а ребра – информационные связи между ними.
С возрастанием числа узлов, возрастает и количество связей.
Все типы конфигураций делят на полносвязанные (каждый комп связан с другим) и неполносвязанные (некоторые связаны через промежуточный комп). Отсюда делаются выводы по достоинствам и недостаткам каждой топологии (простота, громоздкость, эффективность).
Частные случаи неполносвязанной топологии: звезда, кольцо, смешанная, общая шина, ячеистая.
Шина.
Для топологии типа – шина характерно
линейное расположение связей между
узлами. В такой сети используются один
кабель,вдоль которого подключены все
компьютеры сети. При этом передача
сигналов осуществляется в обе стороны.
Это пассивная топология, т.е.когда
происходит передача данных по сети от
одного из компьютеров, остальные
находятся в режиме приема, и в передаче
данных не участвуют (в этот
момент).Достоинства:
сравнительная дешевизна и простота
разводки кабеля по помещению.
Недостаток
– низкая надежность, поскольку любой
дефект кабеля какого-нибудь из разъемов
полностью парализует всю сеть.
Звезда.
При данной топологии все компьютеры
подключаются с помощью сегментов кабеля
к центральному узлу. Данный тип –
централизованный.. Сервер входит по
направлению передаваемой каким-либо
компьютерам информацию всех компьютеров
сети. Кроме того, центральный узел может
играть роль фильтра, блокируя при
необходимости запрещение администратором
передачи. Достоинства:
высокая надежность, поскольку, если
выйдет из строя один из компьютеров
или соответствующий кабель, то лишь
этот компьютер не сможет участвовать
в обмене информации по сети, работа
остальных не изменится. Недостатки:
более высокая стоимость по сравнению
с топологией шины. В первую очередь
из-за того, что центральный компонент
сети должен быть максимально надежным,
а отсюда и дорогим, поскольку при выходе
его из строя вся сеть падает. Так как
все компьютеры подключены к одному
узлу, то возрастает расход кабеля.
Ограниченное число абонентов (не более
16). Поэтому при необходимости
масштабирования сети часто используют
топологию – иерархическая звезда.В
этом случае несколько концентраторов
иерархически соединяются между собой
связями типа звезда, что позволяет
довести число абонентов до желаемого
количества. 
Кольцо.
При данной
топологии компьютер подключается к
кабелю, замкнутому в кольцо. Сеть с
такой топологией может работать как в
качестве централизованной сети, так
и по шине децентрализованной сети. При
работе сети сигналы передаются в одном
направлении и проходят через каждый
компьютер. Кольцо - активная сетевая
топология. В активных топологиях
компьютеры реагируют на сигналы и
передают их по сети, поэтому данные,
сделав полный оборот, возвращаются к
источнику, который может контролировать
процесс доставки данных к адресату.
Недостаток:
при выходе из строя хотя бы одного из
узлов – вся сеть падает. Достоинства:
возможность подключения достаточно
большого числа абонентов (100 и более).Помимо
рассмотренных базовых вариантов
топологий могут быть использованы
различные их комбинации. Такая топология
называется смешенной. 
5.АРХИТЕКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ (ВС.). КЛАССИФИКАЦИЯ АРХИТЕКТУР ВС
Классифицируются по одинарности и множественности потоков:
1. Однопроцессорные (одинарный поток команд и одинарный поток данных) 2. Многопроцессорные (МПС): содержат десятки или сотни сравнительно простых процессоров с упрощенными блоками управления.
матричные МПС: SIMD (ОКМД) – одинарный поток команд и множественный поток данных.
Центральный контроллер управляет рядом CPU. При параллельном виде работы система называется матричным процессором, иначе называется ассоциативным процессором.
конвейерные МПС: MISD (МКОД) в. МКМД
по модульным каналам:
_централизованные (управляются из центра управления сетью)
_децентрализованные (функционируют без указаний сервера)
_детерминированные
_случайные
В сетях первого типа имеется некоторый главный узел (центральная станция), который управляет процессом передачи данных между всеми узлами сети и клиентами.
В сетях второго типа все узлы имеют равное право на использование каналов связи, и управляется по одним и тем же правилам. Такая сеть называется одноранговой. В этом случае нет иерархии среди компьютеров, и каждый из них функционирует и как клиент и как сервер. Под топологией сетей понимают физическое расположение компонентов сети. Топологию сети можно представить в виде графа, вершинами которого соответствуют узлы сети, а ребрам – физические связи между ними. При этом конфигурация физических связей между компьютерами, в принципе, может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. При выборе топологии в сети принято учитывать следующие моменты.
1) Состав необходимого сетевого оборудования.
2) Характеристики сетевого оборудования.
3) Возможность расширения сети.
4) Способ управления
сетью (способ взаимодействия компьютеров
в сети).Все сети в настоящее время
стоятся на основе трех базовых топологий:
1. Шина. 2. Звезда. 3. Кольцо.
6.МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ. ФУНКЦИИ УРОВНЕЙ И ПРОТОКОЛЫ. СТЕКИ ПРОТОКОЛОВ
Открытая система – система доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Базируется на разделении всех процедур взаимодействия на отдельные функциональные уровни, для каждого из которых созданы стандартные алгоритмы построения. Эталонная модель состоит из семи уровней. Протоколы реализующие эти уровни должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня предоставляют услуги пользователям, а три нижних уровня предоставляют сетевые услуги.
Уровни и их функции:
1. прикладной (7-й) – интерфейс между прогами, пользователем и сетью Другими словами, на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети. Уровень включает, например, такие средства для взаимодействия прикладных программ, как прием и хранение пакетов в "почтовых ящиках" (mail-box);
2. представления (6-й) – Этот уровень отвечает за то, что информация, переданная представительным уровнем одной системы, будет понятна прикладному уровню другой системы.На этом уровне может происходить шифрование и дешифрование данных;
3. сеансовый (5-й) – На сеансовом уровне выполняется управление диалогом между взаимодействующими процессами, то есть происходит регулирование того, какая из сторон осуществляет передачу, в какой момент, как долго и т.д.;
4. транспортный (4-й) – обеспечивает установление канала и качество передачи данных, Он гарантирует доставку пакетов без ошибок в нужной последовательности и без потерь или дублирования.;
5. сетевой (3-й) – Этот уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющих несколько сетей. Сетевой уровень отвечает за адресацию сообщений и за перевод логических адресов и имен в физические адреса;
6. канальный (2-й) – предоставляет услуги по обмену данными между логическими объектами предыдущего сетевого уровня и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок за счет повторной передачи поврежденных пакетов, возникающих на следующем, физическом уровне.;
7. физический (1-й) – обеспечивает передачу данных по физическим каналам связи. обеспечивает передачу данных по физическим каналам связи.
Протокол – набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети.
Стек в коммуникационных протоколах – иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети. Несколько протоколов могут использоваться совместно и в этом случае они образуют набор протоколов, называемый стеком.
Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням эталлоной модели открытых систем. В настоящее время в сетях используются большое количество стеков, коммуникационных протоколов. Некоторые из них являются наиболее распространнеными. К числу таких относятся стек по OSI. Этот стек является международным, независимым от производителей сетевого оборудования стандартов. В силу того, что протоколы по OSI требуют больших затрат вычислительной мощности, они более предпочтительны для мощных машин, чем для сетей ПК, поэтому была предложена другая разновидность стеков, среди которых одним из наиболее распространенных является стек TCP\IP. В частности только в сети Интернет объединено свыше 10 млн. компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют посредством протоколов этого стека.
7. ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Основные принципы: 1). Модуляция и демодуляция:
Модуляция – образование сигнала путем изменения информационных параметров переносчика, под воздействием сообщения. Различают непрерывные и импульсные виды модуляции Демодуляция – выделение из принимаемого сигнала переданного сообщения. 2). Кодирование – преобразование сообщения в дискретный сигнал в виде кодовых комбинаций. Кодовая комбинация представляет собой набор символов или элементов называемых алфавитом. Количество букв алфавита называется основанием кода. Различают помехозащищенные и не помехозащищенные коды, эффективное и помехоустойчивое кодирование.
3).Емкость канала связи – предельно допустимое значение скорости передачи информации для данного канала (бит/с). Основные факторы ограничивающие скорость передачи информации – полоса пропускания и уровень помех. 4).Уплотнение информационных потоков – мультиплексирование – способ объединения сообщений в один групповой сигнал, который можно передавать по одному физическому каналу связи. При частотном мультиплексировании сообщения от разных абонентов передаются одновременно по общему каналу, при временном, передача осуществляется строго по очереди, т.е. полоса пропускания канала предоставляется полностью каждому абоненту на определенный интервал времени.
Сигналы могут носить как непрерывный, так и дискретный характер.
Непрерывные сигналым В качестве непрерывных сигналов передачи данных (СПД) чаще всего используются электромагнитные процессы, изменяющиеся по гармоническому закону..
Гармонические сигналы в чистом виде практически не пригодны потому что если известны исходные параметры этого процесса в некий начальный момент времени, то параметры этого процесса предсказуемы.
Дискретные сигналы Такого типа сигналы реализуются в виде кратковременных отклонений, используемого физического процесса от исходного стационарного значения.
8. ОБОБЩЕННАЯ ЗАДАЧА КОММУТАЦИИ. ТИПЫ КОММУТАЦИИ АБОНЕНТОВ СЕТИ
Если топология сети не полно-cвязанная то обмен данными некоторой произвольной пары абонентов должен идти через транзитные узлы. Последовательность транзитных узлов (сетевых интерфейсов) на пути от отправителя к получателю называется маршрутом. Задачей коммутации (в общем виде) является соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов.
Она может быть представлена в виде нескольких взаимосвязанных частных задач:
- определение информационных потоков для которых требуется прокладывать маршрут;
- определение этих маршрутов;
- сообщение о найденных маршрутах по узлам сети;
- продвижение (распознавание потоков и локальная коммутация на каждом транзитном узле);
- мультиплексирование и демультиплексирование информационных потоков.
Информационным потоком – последовательность данных объединенных набором общих признаков, которые выделяют их из общего сетевого трафика.
Маршрут – заданная последовательность транзитных узлов и их интерфейсов.
Оповещение сети о найденном маршруте – настройка каждого коммутатора сети таким образом, чтобы он знал в каком направлении следует направить данный поток. При совпадении признаков данные направляются на интерфейс, который был определен для них в маршруте.
Выделяют два основных подхода в решении коммутации абонента: коммутация каналов (телефонные сети) и коммутация пакетов (глобальные сети).
9. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИВС. ЛИНИИ И КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ. КЛАССИФИКАЦИЯ КАНАЛОВ ПД
Любая информационная сеть включает в себя множество каналов передачи данных, т.е. средств для перемещения в пространстве информационных сигналов. При этом любая физическая среда, служащая основой для передачи соответствующих сигналов может обеспечить работу сразу многих каналов.
Структурно ИВС содержит:
- компьютеры (хост компы, сетевые компы), размещенные в узлах сети;
- аппаратура и каналы передачи данных сопутствующими им переферийными устройствами;
- интерфейсная плата или устройство;
- маршрутизаторы и коммутационные устройства.
Рабочая станция – подключенный к сети компьютер, через который пользователь получает доступ к ресурсам.
Сервер – многопользовательский компьютер, выделенный для обработки запроса от всей рабочей станции сети, предоставляющей или доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам, программам и т.д.) или распределяющий эти ресурсы.
Хост компьютер – комп, имеющий непосредственный доступ к локальной сети.
Линии связи – физическая среда по которой передаются информационные сигналы. В каждой линии связи могут быть организованы несколько каналов связи путем временного, частотного, кодового и др. видов разделения.
Классификация каналов:
1. по физической природе: механические (для материальных носителей), акустические(для звукового сигнала), оптические и электрические;
2. по форме представления информации: аналоговые (непрерывная форма), цифровые (информация в виде импульсов);
3. по возможным направлениям передачи данных: симплексные (в одно направлении), полудуплексные (попеременно в одном и другом направлении), дуплексные (одновременно в обоих направлениях);
4. по виду коммутации: коммутируемые (отдельные участки только на время передачи информации), некоммутируемые (выделенные на длительное время, с постоянными характеристиками по длине, пропускной способности и т.д.);
5. по пропускной способности: низкоскоростные (телеграф) до 50-200 бит/с, среднескоростные (аналоговые, телефонные) до 56 тыс бит/с, высокоскоростные (широкополосные каналы) свыше 56 тыс бит/с.
Типовые виды линий связи:
1. Кабельный канал (витая пара, коаксиальные кабели). Он представляет собой заключенную оболочку одну или более пару проводников.Этот тип является самым дешевым типом. Витая пара является сравнительно помехоустойчивой конструкции, к её недостатком относится возможность достаточно свободного несанкционированного подключения с целью подслушивания или вредительства.Коаксиальный кабель представляет собой центральный проводник, окруженный слоем материала, с помощью которого этот проводник отделяется от внешнего проводящего экрана, который в свою очередь также покрыт изоляцией.
2.Оптоволоконный канал. Он формируется на основе использования оптоволоконных кабелей. Оптоволоконный кабель представляется собой светопроводящий накопитель на кремневой основе, заключенный в оболочку из материала с нулевым коэффициентом преломления света Главным достоинством оптоволоконных каналов является их высокая помехоустойчивость Поэтому несанкционированное подключение к оптоволоконным каналам представляет значительные трудности.
3. Беспроводные (радиоканалы, спутниковые каналы, ИК-и лазерные каналы)
В настоящее время радиоканал, образуется, на основе использования элементов спутниковой связи. Радиоканалы включают в себя передающее и принимающее устройство, и используют, как правило, специальные спутники, движущиеся по специально выбранной траектории.
10. ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ (ЛВС). КЛАССИФИКАЦИЯ ЛВС. МЕТОДЫ ДОСТУПА К КАНАЛАМ СВЯЗИ. БАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Элементами ЛВС являются вычислительные машины, терминалы, связная аппаратура располагается на значительно небольшом удалении друг от друга – до 10 км. Локальная сеть обычно предназначается для сбора, передачи, рассредоточенной и распределенной обработки информации в пределах одной лаборатории, отдела, фирмы. Часто специализируются на выполнении определенных функций, в соответствии с приоритетом деятельности фирмы или ее подразделений.
Классификация ЛВС:
1) по уровню управления: сети рабочих групп (ряд ПК работающих под одной ОС), сети отделов, сети корпусов ( обеспечивают взаимодействие между сетями отделов и рабочих групп, и базами данных предприятия), корпоративные сети (все предприятие); 2)по назначению: вычислительные, информационно-вычислительные, информационные, информационно-поисковые, информационно-советующие, информационно-управляющие;
3)по топологии: шинные, петлевые, радиальные, полносвязанные, иерархические, смешанные; 4) по однородности: однородные (один тип компов и ОС), не однородные; 5) по равноправности узлов сети: серверные сети (с централизованным управлением), одноранговые (без централизованного управления); 6) по пропускной способности: малой (до 10 Мбит/с), средняя (несколько десятков Мбит/с), большой (несколько сотен – 1000 Мбит/с);
7) по территориальной расположенности: компактно расположенные (в пределах одной комнаты), распределенные; 8) по количеству подключенных компов: малые (10-15 шт), средние (до 90), большие (свыше 50).
Для ЛВС использующих для передачи информации моноканал, необходимо сделать доступ пользователя эффективным, за счет использования специальных механизмов, и методов доступа. Наибольшее применение при этом получили методы временной модуляции временного разделения сообщений передаваемых по модульным каналам: