Опорный конспект. Компьютерные сети и телекоммуникации (стр. 3 )

безопасность, то есть способность системы защитить данные от несанкционированного доступа; отказоустой­чивость — способность системы работать в условиях отказа некоторых ее эле­ментов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления на­ращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество уз­лов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производи­тельность сети не ухудшается.

Прозрачность — свойство сети скрывать от пользователя детали своего внут­реннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контроли­ровать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и пла­нировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнооб­разное программное и аппаратное обеспечение.

Качество обслуживания (Quality of Service, QоS) определяет количественные оценки вероятности того, что сеть будет передавать определенный поток дан­ных между двумя определенными узлами в соответствии с потребностями приложения или пользователя.

Тема 5.

Открытые системы и модель OSI

Формализо­ванные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, кото­рыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в раз­ных узлах, называются протоколом.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предо­ставляемый данным уровнем соседнему уровню.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Эталонная модель OSI определяет семь уровней взаимодействия систем в се­тях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Физический уровень (Physical layer) является самым нижним уровнем. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала. Кроме того, здесь стандартизу­ются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Канальный уровень (Data-link layer) по-разному определяется в технологиях локальных и глобальных сетей. В сетях WAN, для которых характерна произ­вольная топология, на канальном уровне решаются проблемы надежной связи двух соседних узлов. В сетях LAN, имеющих типовую топологию — звезда, коль­цо, общая шина, — на этом уровне решается задача обеспечения надежной связи любой пары узлов. Канальный уровень отвечает за формирование кадров (frame), физическую адресацию, разделение передающей среды, контроль ошибок.

Сетевой уровень (Network layer) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут исполь­зовать в общем случае различные принципы передачи сообщений между конеч­ными узлами и обладать произвольной структурой связей. Сетевой уровень манипулирует пакетами (packet).

Транспортный уровень (Transport layer) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека — прикладному и сеансовому — передачу данных с той степе­нью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, которые отличаются срочностью, возможностью восстановления пре­рванной связи, способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи.

Сеансовый уровень (Session layer) обеспечивает управление взаимодействием: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предо­ставляет средства синхронизации.

Представительный уровень (Presentation layer) имеет дело с формой представ­ления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания.

Прикладной уровень (Application layer) — самый верхний уровень, являющий­ся, по сути, набором разнообразных протоколов, с помощью которых пользо­ватели сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые web-страницы.

Единица данных, которой оперируют верхние три уровня, обычно называется сообщением (message).

Стандартизация сетей

Открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычис­лительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с общедоступными специфика­циями, соответствующими стандартам и принятыми в результате публичного обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Модульность и стандартизация являются необходимыми условиями построе­ния открытых систем.

В зависимости от статуса организаций различают следующие виды стандар­тов: стандарты отдельных компаний, стандарты специальных комитетов и объединений, национальные стандарты, международные стандарты.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее популяр­ными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях (физическом и канальном), используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использо­вать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответст­вуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как ре­зультат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не на­оборот.

Тема 6.

Линии связи

Линии связи могут использовать, кроме кабеля, промежуточную аппаратуру, прозрачную для пользователей. Промежуточная аппаратура выполняет две основные функции: усиливает сигналы и обеспечивает постоянную коммута­цию между парой пользователей линии.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях связи для уплотнения низко­скоростных каналов абонентов в общий высокоскоростной канал используется метод разделения частот (FDM), а в цифровых — метод разделения времени (TDM). В последнее время все большее распространение получает аппарату­ра мультиплексирования информации по длине волны WDM и DWDM, позволяющая передавать данные со скоростью в несколько терабит в секунду.

Кабели на основе витой пары делятся на неэкранированные (UTP) и экрани­рованные (STP). Кабели UTP проще в изготовлении и монтаже, зато кабели STP обеспечивают более высокий уровень защищенности.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, недостаток их состоит в сложности и вы­сокой стоимости монтажных работ.

Волоконно-оптические кабели делятся на многомодовые и одномодовые. Многомодовые кабели применяются для передачи данных на небольшие расстоя­ния со скоростью до 1 гигабит в секунду. Одномодовые кабели являются основой сверхскоростных дальних линий связи, обеспечивающих передачу информации со скоростями в сотни и тысячи гигабит в секунду на расстояние в несколько сот километров.

Параметры, характеризующие линию связи, делятся на параметры передачи и параметры влияния. Параметры передачи описывают процесс распростране­ния информационного сигнала вдоль линии связи в зависимости от физиче­ских характеристик линии связи. Параметры влияния описывают степень влияния на процесс распространения информационного сигнала различного рода помех, возникающих как во внешней по отношению к кабелю среде, так и помех, создаваемых соседними передающими парами проводников данного кабеля.

Как параметры передачи, так и параметры влияния можно разделить на пер­вичные и вторичные. Первичные параметры представляют собой физические параметры, описывающие физическую природу линии связи. К первичным параметрам передачи медного кабеля относятся: активное погонное сопро­тивление, погонная индуктивность, погонная емкость и погонная проводи­мость изоляции медного кабеля, к вторичным — затухание и волновое сопро­тивление.

Переходное затухание является одним из наиболее значимых вторичных па­раметров влияния медных линий связи.

Полоса пропускания определяет диапазон частот, которые передаются лини­ей связи с приемлемым затуханием.

Пропускная способность линии связи является одной из ее важнейших потребительских характеристик, так как она говорит о том, с какой максимальной скоростью пользователь может передавать по этой линии дискретные данные.

Тема 7.

Модуляция и цифровое кодирование

При передаче дискретных данных по узкополосному каналу тональной часто­ты, используемому в телефонии, наиболее подходящими оказываются спо­собы аналоговой модуляции, при которых несущая синусоида модулируется исходной последовательностью двоичных цифр. Эта операция осуществляет­ся специальными устройствами — модемами.

Для низкоскоростной передачи данных изменяют частоту несущей синусои­ды. Более высокоскоростные модемы работают на комбинированных спосо­бах квадратурной амплитудной модуляции (QAM), для которой характерны 4 уровня амплитуды несущей синусоиды и 8 уровней фазы. Не все из воз­можных 32 сочетаний метода QAM используются для передачи данных, за­прещенные сочетания позволяют распознавать искаженные данные на физи­ческом уровне.

Аналоговая информация также может, передаваться по телекоммуникацион­ным сетям в цифровой форме. Это повышает качество передачи, так как при этом могут применяться эффективные методы обнаружения и исправления ошибок, недоступные для систем аналоговой передачи.

Для качественной передачи речи в цифровой форме используется частота оцифровывания в 8 кГц и 8 бит для представления амплитуды сигнала, что дает скорость элементарного голосового канала в 64 кбит/с.

На широкополосных каналах связи применяются потенциальные и импульс­ные методы кодирования, в которых данные представлены различными уров­нями постоянного потенциала сигнала либо полярностями импульса или его фронта.