Стр.
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ
КУРС ЛЕКЦИЙ
по дисциплине «Информационные сети»
для студентов специальности «информационные системы и технологии» очного, очно-заочного и заочного обучения
Волгодонск 2010
УДК 519.683(076.5)
Рецензент д.т.н., профессор В.В. Кривин
Составитель старший преподаватель С.М. Виниченко
Курс лекций по дисциплине «Информационные сети» /ВИТИ НИЯУ МИФИ. Волгодонск, 2010. 87 с.
Предназначены для студентов очной, очно-заочной и заочной формы обучения специальности 230201 – Информационные системы и технологии
ã ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2010
С.М. Виниченко, 2010
ГОС
Основные понятия информационных сетей; класс информационных сетей как открытые информационные системы; модели и структуры информационных сетей; информационные ресурсы сетей; теоретические основы современных информационных сетей; базовая эталонная модель Международной организации стандартов; компоненты информационных сетей; коммуникационные подсети; моноканальные подсети; циклические подсети; узловые подсети; методы маршрутизации информационных потоков; методы коммутации информации; протокольные реализации; сетевые службы; модель распределенной обработки информации; безопасность информации; базовые функциональные профили; полные функциональные профили; методы оценки эффективности информационных сетей; сетевые программные и технические средства информационных сетей.
Вопросы к предварительной сдаче экзамена.
Виды связей, сетей. Стек TCP/IP. DNS. DHCP.
Сетевая среда. Кабельные системы. Сетевой адаптер. Концентратор. Коммутатор.
Мосты. Маршрутизаторы.
Сетевые технологии.
Моделирование сети. Оценка эффективности.
Тема 1.Основные понятия.
Сети часто условно делят на глобальные сети и локальные сети.
Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами на больших расстояниях. Эти сети чаще работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров.
Локальные вычислительные сети обычно обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает пространство в одно здание. Протяженность локальных сетей обычно ограничена одним километром. Их основное назначение состоит в объединении пользователей для совместной работы. Такие сети организуются внутри здания, этажа или комнаты.
Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях до последнего времени существенно отличались. Глобальные сети ориентированы на соединение – до начала передачи данных между абонентами устанавливается соединение. В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения – пакет с данными посылается без подтверждения готовности получателя к обмену, поскольку считается, что соединение уже было установлено заранее.
В локальных сетях каждый компьютер обычно имеет сетевой адаптер, который соединяет его со средой передачи. В глобальных сетях предполагается использование модема. Но следует заметить, что модем может использоваться и в локальной сети в случае имеющейся у предприятия АТС.
Основная задача сети состоит в передаче информации между различными приложениями, используемыми в организации. Под приложением понимается программное обеспечение, которое непосредственно нужно пользователям, например база данных, электронная почта.
Соединения и каналы.
Состояние, когда абоненты связаны друг с другом, называется установленным соединением. Физическое соединение при этом не обязательно, возможно так называемое виртуальное соединение, при котором программное обеспечение на узлах по всему маршруту от источника до получателя готово к передаче данных (известные все характеристики связи).
Одним из старейших методов передачи данных является использование выделенных каналов связи. Оператор связи выделяет фиксированный канал, который постоянно доступен для передачи данных с определенной скоростью. Изначально выделенные каналы использовались только для осуществления связи между двумя узлами сети (точка-точка). Однако в настоящее время применение интеллектуальных устройств (или программ), таких как маршрутизаторы, позволяет осуществлять динамическое управление полосой пропускания между несколькими пользователями, что необходимо при организации связи двух локальных сетей.
Полоса пропускания – максимальная скорость обмена данными. Говорят «полоса пропускания в 10 Мб», когда сеть позволяет передавать информацию со скоростью 10.000.000 бит в секунду.
Локальные сети обеспечивают передачу данных со скоростями от 10 Мб, глобальные – до 1 Мб.
Каналы связи подразделяются на аналоговые и цифровые.
Для передачи компьютерных данных по аналоговому каналу необходим модем (модулятор-демодулятор), который преобразует цифровой сигнал в аналоговый. На другой стороне канала так же необходим модем, который производит обратное преобразование.
Поясним способ преобразования цифровых данных в аналоговые. Цифровые данные - это последовательность 0 и 1. В аналоговом сигнале единичке соответствует некоторый заданный диапазон амплитуды сигнала.
Возможные методы оцифровки данных: амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция. При этом важно, что в сети идет некий базовый сигнал, называемый несущей, а его преобразование зависит от передаваемых цифровых данных. Важное понятие при модуляции – битовый интервал. Это время, в течение которого передается один бит информации.
При амплитудной модуляции несущая может иметь два различных уровня амплитуды. Один уровень амплитуды сигнала в течение битового интервала понимается как 1, второй – как 0. Аналогично при частотной модуляции возможны две частоты, при фазовой – две фазы.
Во всех способах модуляции возникает необходимость быстрой смены одной характеристики сигнала на другую. Для физических сигналов это – невыполнимое требование. Поэтому возникают переходные процессы, о которых здесь говорят как о «дрожании сигнала». Кроме того, точное удержание заданной характеристики тоже невозможно, поэтому часто существует некоторый диапазон «правильных значений».
полоса, соответствующая 1
Из-за достаточно больших помех в аналоговых каналах существует вероятность искажения или потери при передаче. По этой причине такая связь в настоящее время ограничена скоростью 33.6 Кбит/сек (причем только на аналоговых каналах с высоким качеством). Вспомним, что для передачи речи в основном используется диапазон частот от 300 до 3.1 Кгц. До последнего времени скорость передачи данных 33.6 Кбит/сек была максимальной, так как вплотную приближалась к барьеру в 35 Кбит/сек, установленному законом Шеннона для стандартных телефонных каналов шириной 3.1 Кгц. Сейчас четыре компании (Rockwell Semiconductor System, Lucent Technologies, U.S. Robotics, Motorola) объявили, что сумели преодолеть эти ограничения и достигли скорости передачи данных в 56 Кбит/сек, правда только в одном направлении (от АТС к абоненту).
Существенное улучшение качества передачи аналогового сигнала может быть достигнуто следующим путем: сначала аналоговый сигнал кодируется (переводится в цифровой), цифровой сигнал передается абоненту, а у последнего происходит раскодирование сигнала. Качество улучшается за счет того, что потери из-за шума при передаче оцифрованного сигнала значительно меньше, чем аналогового.
Для организации связи фирма-производитель модема, вообще говоря, значения не имеет. Важно только, чтобы оба модема поддерживали некоторый общий протокол обмена. К тому же, бессмысленно ставить на линии модемы с разной скоростью передачи, очевидно, что фактически передача будет идти с минимальной имеющейся скоростью.
Заметим еще тот факт, что фактическая скорость обмена нередко отличается от той, которую может обеспечить модем еще и потому, что из-за помех в линии производится множество повторных передач.
Цифровые каналы связи (Dataphone Digital Service DDS) не требуют преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Оконечное оборудование таких каналов ориентировано на работу только с цифровыми сигналами. Цифровые каналы строятся на принципах плезиосинхронной цифровой иерархии (PHD) и синхронной цифровой иерархии (SDH).
Для передачи оцифрованного сигнала может использоваться цифровой канал со скоростью 64 Кбит/сек, называемый DS0 (Digital Signal 0- цифровой сигнал, нулевой уровень). На основе этого базового канала формируются другие каналы, с более высокими скоростями передачи. Путем объединения (уплотнения) 24 каналов DS0 получается канал DS1 со скоростью передачи 1,544 Мбит/с. Это число получается следующим образом: в состав каждого кадра канала DS0 входит дополнительная служебная информация (так называемые биты обрамления) для отсчета времени синхронизации, так что суммарная скорость передачи данных может быть определена следующим образом: 24 * 64000 + 8000=1,5444. Канал DS3 получается при уплотнении 28 каналов DS1, его скорость составляет 44,736 Мбит/с.
Основным недостатком связи по выделенной линии является ограниченная коммутируемость. Например, если необходимо связать друг с другом пять удаленных офисов, на это потребуется 10=4+3+2+1 выделенных линий связи. При этом динамическое выделение полосы пропускания может достигаться только при использовании мультиплексирования, а изменение настроек системы мультиплексирования может занять от нескольких минут до нескольких часов. Но поскольку оборудование для выделенных линий достаточно широко распространено, выигрыш от их использования не стоит недооценивать.
В сети объединяются несколько компьютеров, оконечных цифровых устройств (цифровой телефон, цифровая видеокамера, сетевой модем и т.п.), промежуточных аналого-цифровых устройств.
Общение между сетевыми устройствами происходит по некоторым правилам – протоколам. В протоколе подробно описана последовательность, формат сигналов, алгоритм взаимодействия двух устройств.
На самом верхнем уровне общаются всегда некоторые программы, но затем в процессе передаче от одного сетевого устройства другому высокий прикладной смысл сообщения теряется, точнее, преобразуется в другой, понятный низкоуровневым устройствам.