Глобальные вычислительные сети, топология, компоненты, структура канала связи, основные виды передачи, разновидности модемов
Глобальные или всемирные сети (GAN – Global Area Network) предназначены для связи абонентов, расположенных в различных географических регионах, и включают в себя множество сетей различной протяженности – материковые (WAN – Wide Area Network), региональные или городские ГВС (MAN – Metropolitan Area Network), а также локальные (LAN – Local Area Network).
Весь комплекс (компоненты) программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной моделью. В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизованных компьютерных платформ – от персональных компьютеров до суперЭВМ. Второй слой – это коммуникационное оборудование: кабельные системы, повторители, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, модульные концентраторы. Сегодня коммуникационное устройство может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор, который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются операционные системы (ОС). Верхним слоем сетевых средств являются различные сетевые приложения или сетевые службы, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных и др.
При соединении более двух компьютеров возникает задача выбора топологии сети. Топология — это конфигурация графа, узлы которого соответствуют компьютерам, а ребра — физическим связям. В сетях конфигурации физических и логических связей могут отличаться. Топология влияет на некоторые характеристики сети: надежность; легкость подключения новых узлов; стоимость решения; возможность балансировки нагрузки; длина используемых кабелей.
П
ри
полносвязной
(а)
топологии каждый узел связан со всеми
узлами. Громоздкий, дорогой, сложный в
реализации на больших площадях способ.
Ячеистая
(б)
топология характерна для глобальных
сетей: из полносвязной удаляется часть
связей. Общая
шина (в)
в недавнем времени — в России до ≈2000-го
года — являлась очень распространенной.
Низкая стоимость, низкая надежность,
только один узел может передавать данные
в одну единицу времени. Звезда
(г)
использует общее устройство в центре
(концентратор, коммутатор). Средняя
надежность, контроль и фильтрация
трафика, средняя стоимость, ограниченность.
Иерархия
звезд (д)
наиболее популярна сегодня и в локальных,
и в глобальных сетях. Кольцо
(е):
данные передаются в одном направлении.
Наличие обратной связи. Масштабируемость,
низкая надежность.
Большие сети обычно состоят из произвольно связанных фрагментов разных топологий.
К
анал
связи – это совокупность
технических и программных средств
обеспечивающих передачу сообщения от
источника к потребителю. Структура
канала связи:
ИС – источник сообщения;
ПС – получатель сообщения;
Т – передатчик (transmitter);
R – приемник (receiver);
ЛС – линия связи;
ИП – источник помех;
ЛС (тракт) – физическая среда, по которой распространяется сигнал от передатчика к приемнику;
S(t) – исходное сообщение;
X(t) – сообщение, подготовленное передатчиком и переданное по линии связи;
x(t) – сообщение, принятое приемником;
s(t) – сообщение, восстановленное приемником для получателя сообщения.
В связи с тем, что на канал связи действуют различные помехи – X(t) не равно x(t) и S(t) не равно s(t)
Виды передачи данных в сетях:
1. По выделенным каналам связи. В этом случае прокладывается канал связи между абонентами. Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлению и наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передача сигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действия этого режима очень низок: 3-6%. Обеспечить занятость этого канала невозможно. В настоящее время выделенные каналы используются только в системах военного назначения.
2. Коммутация каналов. Пришла из телефонной сети. При большом числе пунктов коммутации задача установления соединений является очень сложной и длительной. Достаточно одному тракту в сети быть занятым и приходится вводить набор заново. После того, как соединение состоялось, идет передача данных. КПД этого режима где-то порядка 10%. Повышенная эффективность связана с тем, что отдельные части маршрута после освобождения используются в других соединениях. Здесь возможен режим реального времени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство: можно использовать телефонную сеть.
3. Коммутация сообщений. Предполагает установление соединений и тут же передачу ее целиком. Снижает основной недостаток предыдущего метода. Этот метод предполагает оснащение узлов коммуникационными машинами с развитой верхней памятью. Передача идет не в режиме реального времени, а по мере освобождения и готовности пунктов к приему данных. Время передачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи более полной. КПД – 30%. Этот способ передачи данных позволяет довести КПД до 50%. Этот режим передачи данных является более гибким. Он позволяет передавать пакет сообщений одновременно по многим направлениям параллельно, однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, что требует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Кроме того, этот метод допускает мультиплексирование за счет передачи на отдельных участках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет.
Передача данных в любом из режимов осуществляется двумя режимами:
1 режим – дейтаграммный.
2 режим – “виртуальный канал”.
1 режим предполагает, что все сообщения в пакетах не связаны друг с другом и передаются как независимые объекты. В результате этого каждое сообщение может идти к получателю своим маршрутом. Получатель из принятых сообщений получает требуемый пакет после сортировки по заголовкам, этот метод очень простой по реализации – в современных ЭВМ называют электронная почта, однако при передаче возможна потеря отдельных фрагментов.
2 режим “виртуальный канал” требует передачи данных в виде цепочки связанных в единый пакет. Порядок поступления сообщений строго регламентирован. Потери информации недопустимы. Организация виртуального канала более сложная.
Модем – устройство преобразования цифровых сигналов в аналоговые и наоборот. Преобразование это необходимо (по крайней мере, в настоящее время) при использовании телефонных линий связи общего назначения, приспособленных к передаче аналоговых сигналов звуковой частоты (т.е. модулированного электрического тока). Основные характеристики модема: максимальная скорость передачи данных; устойчивость связи на плохих линиях; протоколы сжатия данных и коррекции ошибок; возможность обновления микропрограмм в ПЗУ модема.
По видам передаваемой информации бывают следующие разновидности модемов: только для обмена данными между компьютерами; факс-модемы (передача данных + прием-передача факсов); факс-голос-модемы.
По компоновке различают внутренние (устанавливаемые в слот материнской платы PCI) и внешние модемы, подключаемые к системному блоку через COM-порт или USB-разъем. Наличие на внешних модемах светодиодов индикации делает их немного удобнее в эксплуатации.