8. Структура и характеристики систем: коммутация и маршрутизация телекоммуникационных систем, цифровые сети связи, электронная почта.

Основная функция телекоммуникационных систем (ТКС), или систем передачи данных (СПД), в условиях функционирования ВС заключается в организации оперативного и надежного обменаинформацией между абонентами, а также сокращении затрат на передачу данных.

Главный показатель эффективности ТКС - время доставки информации - зависит от ряда факторов:структуры сети связи, пропускной способности линий связи, способов соединенияканаловсвязи между взаимодействующими абонентами, протоколов информационного обмена, методов доступа абонентов к передающей среде, методов маршрутизации пакетов.

КОММУТАЦИЯ ТКС

В любой сети связи всегда применяется какой-либо способ коммутации, обеспечивающий с помощью коммутаторов доступность имеющихся физических каналоводновременно длянескольких сеансовсвязи между абонентами сети, каждый из которых соединяется с ближайшим коммутатором индивидуальной линией связи. В любой момент времени эта линия используется только одним абонентом, а между коммутаторами линии связи используются совместно многими абонентами.

Используются три принципиально различных способа коммутации абонентов в сетях:

• коммутация каналов,

• коммутация сообщений,

• коммутация пакетов.

Сети с коммутацией сообщений и коммутацией пакетов относятся к типу сетей с промежуточнымхранением передаваемой информации.

Сети с коммутацией каналов и коммутацией пакетов разделяются, кроме того, на два класса - на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией.

В сетях с динамической коммутацией соединение абонента с любым другим устанавливается сетью по инициативе абонента, продолжается определенное время (от нескольких секунд до нескольких часов) и завершается также по инициативе абонента по окончании обмена информацией. Такой режим работы поддерживают телефонные сети общего пользования, локальные сети, сети TCP/IP.

В сетях с постоянной коммутацией соединение между взаимодействующими пользователями устанавливается персоналом сети на длительное время (несколько месяцев и более). Режим постоянной коммутации популярен в сетях технологии SDH, где создаются выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько Гбит/с.

Некоторые сети поддерживают оба режима работы, например,сети X 25 и ATM.

Коммутация каналов.

При коммутации каналов между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной составной канал связи до начала передачи информации. Этот канал формируется из отдельных участков с одинаковой пропускной способностью.

Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких коммутационных устройств, размещаемых в центрах коммутации каналов (ЦКК). Каждое устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним исходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи занята вызываемая сторона или хотя бы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться, и абонент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его повторить.

Коммутаторы и соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачуданных нескольких абонентских каналов, поэтому они должны быть высокоскоростными и поддерживать одну из двух техник мультиплексирования абонентских каналов:

• технику частотного мультиплексирования (FDM - Frequency Division Multiplexing - частотное уплотнение каналов).

• технику мультиплексирования с разделением времени (TDM - Time Division Multiplexing - мультиплексирование с разделением времени).

В качестве недостатков метода коммутации каналов можно указать следующие:

• большое время установления сквозного канала связи из-за возможного ожидания освобождения отдельных его участков;

• необходимость повторной передачи сигнала вызова из-за занятости вызываемой стороны или какого-либо коммутационного устройства в цепочке прохождения этого сигнала;

• отсутствие возможности выбора скоростей передачи информации;

• наращивание функций и возможностей сети ограничено;

• не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи (возможности по сглаживанию загрузки весьма ограничены).

Преимущества метода коммутации каналов:

• отработанность технологии коммутации каналов (первое коммутационное устройство появилось еще в конце XIX века);

• возможность работы в диалоговом режимеи в реальномвремени;

• обеспечение как битовой прозрачности, так и прозрачности по времени независимо от числа ЦКК между абонентами;

• гарантированная пропускная способность сети после установления соединения (это важно при передаче голоса, изображения, управления объектами в реальном масштабе времени);

• довольно широкая область применения. Сети с коммутацией каналов хорошо приспособлены для коммутации потоков данных постоянной скорости, когда единицей коммутации является долговременный синхронный поток данных между взаимодействующими абонентами.

Коммутация с промежуточным хранением.

Отметим особенности всех методов коммутации с промежуточным хранением. Для них характерно, что заранее, до начала передачи информации, сквозной канал между отправителем и получателем не устанавливается. Вызывающий объект посредством набора номера или через выделенную линию связывается только с ближайшим узлом сети и передает ему информационные биты. В каждом узле имеется коммутаторс запоминающим устройством (ЗУ). Передаваемая информация должна храниться в каждом узле по пути к пункту назначения, причем задержка в хранении, как правило, будет различной для узлов. Наличие ЗУ в промежуточных узлах связи предотвращает потерю передаваемой информации, вследствие чего системы, реализующие рассматриваемые методы коммутации, относятся к классу систем без потерь запросов на обслуживание. Одним из показателей этих методов является возможность согласования скоростейпередачи данных между пунктами отправления и назначения, которое обеспечивается наличием в сети эффективных развязок, реализуемых созданием буферных ЗУ в узлах связи. Наконец, для сетей с промежуточным хранением обязательным требованием является битовая прозрачность. Требование же временной прозрачности, как правило, ими не гарантируется.

Коммутация сообщений.

Этот метод передачи данных был преобладающим в 1960-х - 1970-х гг. и до сих пор используется в некоторых областях (в электронной почте, электронных новостях, телеконференциях, телесеминарах).

Как и все методы коммутации с промежуточным хранением, технология коммутации сообщений относится к технологии типа«запомнить и послать». Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение «главный - подчиненный».

Коммутатор (коммуникационная ЭВМ) в центре коммутации сообщений (ЦКС) выполняетрегистрацию и выбор при управлении входящими и выходящими потоками. Здесь не рассматриваются интерактивный режим и работа в реальном масштабе времени, однако данные через коммутатор могут передаватьсяна очень высокой скорости с соответствующим определением уровней приоритетов для различных типов потоков данных. Высокоприоритетные потоки задерживаются в очереди на обслуживание на более короткое время по сравнению с низкоприоритетными потоками, что позволяет обеспечить интерактивные прикладные задачи.

Важно отметить, что при коммутации сообщений сообщение, независимо от его длины (разброс в длине сообщений может быть достаточно велик), целиком сохраняет свою целостность как единичный объект в процессе его прохождения от одного узла к другому вплоть до пункта назначения. Более того, транзитный узел не может начинать дальнейшую передачу части сообщения, если оно еще принимается. По своему влиянию на задержки это равноценно низкому уровню использования ресурсов сети.

Таким образом, коммутация сообщений предназначена для организации взаимодействия пользователей в режиме off-line, при котором не ожидается немедленной реакции на принятое сообщение.

Недостатки метода коммутации сообщений:

• необходимость реализации достаточно серьезных требований к емкости буферных ЗУ в узлах связи для приема больших сообщений, что обусловливается сохранением их целостности;

• недостаточные возможности по реализации диалогового режимаи работы в реальном времени при передаче данных;

• выход из строя всей сети при отказе коммутатора, так как через него проходят все потоки данных (это характерно для структуры «главный - подчиненный»);

• коммутатор сообщений является потенциально узким местом по пропускной способности;

• каналы передачи данных используются менее эффективно по сравнению с другими методами коммутации с промежуточным хранением.

Преимущества метода:

• отсутствие необходимости в заблаговременном (до начала передачи данных) установлении сквозного канала связи между абонентами;

• возможность формирования маршрута из отдельных участков с различной пропускной способностью;

• реализация различных систем обслуживания запросов с учетом их приоритетов;

• возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запоминания низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок;

• отсутствие потерь запросов на обслуживание.

Коммутация пакетов.

Появившаяся в 70-х гг. XX в. коммутация пакетов сочетает в себе преимущества коммутацииканалов и коммутации сообщений.

Ее основные цели: обеспечение полной доступности сети и приемлемого времени реакции на запрос для всех пользователей, сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями, обеспечение мультиплексирования возможностей каналов связи и портов компьютеров сети, рассредоточение критических компонентов (коммутаторов) сети.

При коммутации пакетов пользовательские данные (сообщения) перед началом передачи разбиваются на короткие пакеты фиксированной длины. Каждый пакет снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении, информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пункте назначения. Будучи независимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие одному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным маршрутам в составе дейтаграмм. Управление передачей и обработкойпакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компьютеров.Длительное хранениепакетов в ЦКП не предполагается, поэтому пакеты доставляются в пункт назначения с минимальной задержкой, где из них формируетсяпервоначальное сообщение.

Описанный режим передачи пакетов, предполагающий независимую маршрутизацию каждого пакета, называется дейтаграммным.

В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет:

• увеличить количество подключаемых станций (терминалов), так как здесь больше коммутаторов;

• легче преодолеть трудности, связанные с подключением к коммутаторам дополнительных линий связи;

• осуществить альтернативную маршрутизацию (в обход поврежденных или занятых узлов связи и каналов), что создает повышенные удобства для пользователей;

• существенно сократить время на передачу пользовательских данных, повысить пропускную способность сети и эффективность использования сетевых ресурсов.

Одной из концепций коммутации пакетов является мультиплексирование с помощью разделениявременииспользования одного и того же канала многими пользователями, что повышает эффективность функционирования ТКС. Логика коммутации пакетов позволяет мультиплексировать многие пользовательские сеансы на один порт компьютера. Пользователь воспринимает порт как выделенный, в то-время как он используется как разделенный ресурс. Мультиплексирование порта и канала называют виртуальным каналом, а такой режим работы - передачей пакетов по виртуальному каналу. Коммутация пакетов и мультиплексирование обеспечивают сглаживание асимметричных потоков в каналах связи.

Стоимость организации вызова для пакетной коммутации ниже по сравнению с соответствующей характеристикой метода коммутации каналов. Но с увеличением объема передаваемой информациистоимостная характеристика для пакетной коммутации возрастаетбыстрее, чем для коммутации каналов, что объясняется необходимостью больших ресурсов для обработки пересылаемой информации.

В настоящее время пакетная коммутация является основной для передачи данных.

Символьная коммутация (иначе: субпакетная коммутация, или метод общего пакета) представляет собой разновидность пакетной коммутации. Она применяется в случае, когда пакет содержит информационные биты, принадлежащие различным пользователям.

При пакетной коммутации приходится находить компромиссное решение, удовлетворяющее двум противоречивым требованиям.

Первое из них - уменьшение задержки пакета в сети, обеспечиваемое уменьшением его длины, и второе - обеспечение повышения эффективностипередачи информации, достигаемое, наоборот, увеличением длины пакета (при малой длине пакета длина его заголовка становится неприемлемо большой, что снижает экономическую эффективность передачи).

В сети с пакетной коммутацией максимально разрешенный размер пакета устанавливается на основе трех факторов: распределения длин пакетов, характеристики среды передачи (главным образом скорости передачи) и стоимости. Для каждой передающей среды выбирается свой оптимальный размер пакета.

При использовании символьной коммутации оптимальный размер пакета для конкретной передающей среды сохраняется с одновременным уменьшением времени задержки пакета в сети. Это достигается за счет приема от нескольких пользователей по небольшому количеству символов (информационных бит) и загрузки их в один пакет общего доступа.

Анализ рассмотренных коммутационных технологий позволяет сделать вывод о возможностиразработки комбинированного метода коммутации, основанного на использовании в определенном сочетании принципов коммутации сообщений, пакетов и символьной коммутации и обеспечивающего более эффективное управление разнородным трафиком.

МАРШРУТИЗАЦИЯ ТКС

Сущность, цели и способы маршрутизации.

Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачиот отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим, но и возможен выбор оптимального или приемлемого маршрута. Речь идет, прежде всего, о сетях с произвольной (ячеистой) топологией, в которых реализуется коммутация пакетов. Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной, многосегментной) реально стоит и решаетсязадача выбора маршрута для передачи кадров, для чего используются соответствующие средства, например,маршрутизаторы.

В виртуальных сетях задача маршрутизации при передаче сообщения, расчленяемого на пакеты, решается единственный раз, когда устанавливается виртуальное соединение между отправителем и получателем. В дейтаграммных сетях, где данные передаются в форме дейтаграмм, маршрутизация выполняется для каждого отдельного пакета.

(Датаграмма (англ. datagram, дейтаграмма) — блок информации, передаваемый протоколом безпредварительного установления соединения и создания виртуального канала. Любой протокол, не устанавливающий предварительное соединение (а также обычно не контролирующий порядок приёмо-передачи и дублирование пакетов), называется датаграммным протоколом. Таковы, например, протоколы Ethernet, IP, UDP и др.)

Выбор маршрутов в узлах связи ТКС производится в соответствии с реализуемым алгоритмом(методом) маршрутизации.

Алгоритм маршрутизации — это правило назначения выходной линиисвязи данного узла связи ТКС для передачи пакета, базирующееся на информации, содержащейся в заголовке пакета (адреса отправителя и получателя), и информации о загрузке этого узла (длина очередей пакетов) и, возможно, ТКС в целом.

Основные цели маршрутизации заключаются в обеспечении:

• минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю;

• максимальной пропускной способности сети, что достигается, в частности, нивелировкой загрузки линий связи ТКС;

• максимальной защиты пакета от угроз безопасности содержащейся в нем информации;

• надежности доставки пакета адресату;

• минимальной стоимости передачи пакета адресату.

Различают следующие способы маршрутизации:

1. Централизованная маршрутизацияреализуется обычно в сетях с централизованнымуправлением. Выбор маршрута для каждого пакета осуществляется в центре управления сетью, а узлы сети связи только воспринимают и реализуют результаты решения задачи маршрутизации.

2. Распределенная (децентрализованная) маршрутизациявыполняется главным образом в сетях с децентрализованным управлением. Функции управления маршрутизацией распределены между узлами сети, которые располагают для этого соответствующими средствами. Распределенная маршрутизация сложнее централизованной, но отличается большей гибкостью.

3. Смешанная маршрутизация характеризуется тем, что в ней в определенном соотношении реализованы принципыцентрализованной и распределенной маршрутизации. Задача маршрутизации в сетях решается при условии, что кратчайший маршрут, обеспечивающий передачу пакета за минимальное время, зависит от топологии сети, пропускной способности линий связи, нагрузки на линии связи.

Методы маршрутизации.

Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними — в степени учета изменения топологиии нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния(нагрузки). Она не обеспечиваетнаправленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества — простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида некоторое практическое применение получили случайная и лавинная маршрутизации.

• Случайная маршрутизация

Для передачи пакета из узла связи выбирается одно, случайновыбранное, свободноенаправление. Пакет ≪блуждает≫ по сети и с конечной вероятностью когда-либо достигает адресата.

• Лавинная маршрутизация (или заполнение пакетами всех свободных выходных направлений)

Предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле, имеет место явление ≪размножения≫ пакета, что резко ухудшает использование пропускной способности сети. Значительное ослабление этого недостатка достигается путем уничтожения в каждом узле дубликатов (копий) пакета и продвижения по маршруту только одного пакета. Основное преимущество такого метода — гарантированное обеспечение оптимального времени доставки пакета адресату, так как из всех направлений, по которым передается пакет, хотя бы одно обеспечивает такое время.

Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачипакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая — на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается наиболее предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетяхс мало изменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.

Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети. Существуют несколько модификаций адаптивной маршрутизации, различающихся тем, какая именно информация используется при выборе маршрута. Получили распространение такие модификации, как локальная, распределенная, централизованная и гибридная адаптивные маршрутизации.

• Локальная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей:

-таблицу маршрутов, которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла;

-данные о состоянии выходных линий связи (работают или не работают);

-длину очереди пакетов, ожидающих передачи.

Преимущество такого метода состоит в том, что принятие решения о выборе маршрута производится с использованием самых последних данных о состоянии узла. Недостаток метода заключается в его ≪близорукости≫, поскольку выбор маршрута осуществляется без учетаглобального состояния всей сети. Следовательно, всегда есть опасность передачи пакета по перегруженному маршруту.

• Распределенная адаптивная маршрутизация основана на использовании информации, указанной для локальной маршрутизации, иданных, получаемых от соседних узлов сети. В каждом узле формируется таблица маршрутов (каталог) ко всем узлам назначения, где указываются маршруты с минимальным временем задержки пакетов. До начала работы сети этовремя оценивается, исходя из топологии сети. В процессе работы сети узлы периодически обмениваютсяс соседними узлами, так называемыми таблицами задержки, в которых указывается нагрузка (длина очереди пакетов) узла. После обмена таблицами задержки каждый узел перерассчитывает задержки и корректирует маршруты с учетом поступивших данных и длины очередей в самом узле. Обмен таблицами задержки может осуществляться не только периодически, но и асинхронно в случае резких изменений нагрузки или топологии сети.

• Централизованная адаптивная маршрутизация характеризуется тем, что задачамаршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации (ЦМ). Каждыйузел периодически формирует сообщение о своем состоянии (длине очередей и работоспособности линий связи) и передает его в ЦМ. По этим данным в ЦМ для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно, что передача сообщений в ЦМ, формированиеи рассылка таблиц маршрутов - все это сопряжено с временными задержками, следовательно, с потерей эффективности такого метода, особенно при большой пульсации нагрузки в сети. Кроме того, есть опасность потери управления сетью при отказе ЦМ.

• Гибридная адаптивная маршрутизация основана на использовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети, в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизации. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной (маршруты, формируемые центром, являются несколько устаревшими) и локальной (≪близорукость≫ метода) маршрутизации и воспринимает их преимущества: маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учеттекущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи

Обеспечение достоверности передачи информации

Защита информации в компьютерных сетях становится одной из самых острых проблем в современной информатике. Сформулировано три базовых принципа информационной безопасности, которая должна обеспечивать:

• целостность данных (защиту от сбоев, ведущих к потере информации, а также неавторизованного создания или уничтожения данных);

• конфиденциальность информации;

• доступность информациидля всех авторизованных пользователей

ЦИФРОВЫЕ СЕТИ СВЯЗИ (ЦСС)

Цифровые сети связи (ЦСС). В последние годы в ТКС все большее распространение получают цифровые сети связи, в которых используется цифровая технология.

Причины распространения цифровой технологии в сетях:

• цифровые устройства, используемые в ЦСС, производятся на основе интегральных схем высокой интеграции; по сравнению с аналоговыми устройствами они отличаются большой надежностьюи устойчивостью в работе и, кроме того, в производстве и эксплуатации, как правило, дешевле;

• цифровую технологиюможно использовать для передачи любой информации по одному каналу (акустических сигналов, телевизионных видеоданных, факсимильных данных);

• цифровые методыпреодолевают многие из ограничений передачи и хранения, которые присущи аналоговым технологиям.

В ЦССпри передаче информации осуществляется преобразование аналогового сигналав последовательность цифровых значений, а при приеме - обратное преобразование.

Аналоговый сигнал проявляется как постоянное изменение амплитуды во времени. Например, при разговоре по телефону, который действует как преобразователь акустических сигналов в электрические, механические колебания воздуха (чередование высокого и низкого давления) преобразуются в электрический сигнал с такой же характеристикой огибающей амплитуды. Однако непосредственная передача аналогового электрического сигнала по телефонной линии связи сопряжена с рядом недостатков: искажением сигнала вследствие его нелинейности, которая увеличивается усилителями, затуханием сигнала при передаче через среду, подверженностью влиянию шумов в канале и др.

В ЦСС эти недостатки преодолимы. Здесь форма аналогового сигнала представляется в видецифровых (двоичных) образов, цифровых значений, представляющих соответствующие значения огибающей амплитуды синусоидальных колебаний в точках на дискретных уровнях. Цифровые сигналы также подвержены ослаблению и шумам при их прохождении через канал, однако наприемном пункте необходимо отмечатьлишь наличие или отсутствие двоичного цифрового импульса, а не его абсолютное значение, которое важно в случае аналогового сигнала. Следовательно, цифровые сигналы принимаются надежнее, их можно полностью восстановить, прежде чем они из-за затухания станут ниже порогового значения.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые осуществляется различными методами. Один из них - импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), предложенная в 1938 г. А.Х. Ривсом (США). При использовании ИКМ процесс преобразования включает три этапа: отображение, квантование и кодирование.

Первый этап (отображение) основан на теории отображения Найквиста. Основное положение этой теорий гласит: “Если аналоговый сигналотображается на регулярном интервале с частотой неменее чем в два раза выше максимальной частотыисходного сигнала в канале, то отображениебудет содержать информацию, достаточнуюдля восстановления исходного сигнала”. При передаче акустических сигналов (речи) представляющие их электрические сигналы в телефонном канале занимают полосу частот от 300 до 3300 Гц. Поэтому в ЦСС принята частота отображений, равная 8000 раз в секунду. Отображения, каждое из которых называется сигналом импульсно-амплитудной модуляции (ИАМ), запоминаются, а затем трансформируются в двоичные образы.

На этапе квантования каждому сигналу ИАМ придается квантованное значение, соответствующее ближайшему уровню квантования. В ЦСС весь диапазон изменения амплитуды сигналов ИАМ разбивается на 128 или 256 уровней квантования. Чем больше уровней квантования, тем точнее амплитуда ИАМ-сигнала представляется квантованным уровнем.

На этапе кодирования каждому квантованному отображению ставится в соответствие 7-разрядный (если число уровней квантования равно 128) или 8-разрядный (при 256-шаговом квантовании) двоичный код. На рис. 12.2 показаны сигналы 8-элементного двоичного кода 00101011, соответствующего квантовому сигналу с уровнем 43. При кодировании 7-элементнымй кодами скорость передачи данных по каналу должна составлять 56 Кбит/с (это произведение частоты отображения на разрядность двоичного кода), а при кодировании 8-элементными кодами - 64 Кбит/с.

В современных ЦСС используется и другая концепция преобразования аналоговых сигналов в цифровые, при которой квантуются и затем кодируютсяне сами сигналы ИАМ, а лишь их изменения, причем число уровней квантования принимается таким же. Очевидно, что такая концепция позволяет производить преобразование сигналов с большей точностью.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА

Электро́ннаяпо́чта (англ. email, e-mail, от англ. electronicmail) — технологияи предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений (называемых «письма» или «электронные письма») по распределённой (в том числе, глобальной) компьютерной сети.

Электронная почта по составу элементов и принципу работы практически повторяет систему обычной (бумажной) почты, заимствуя как термины (почта, письмо, конверт, вложение, ящик, доставка и другие), так и характерные особенности — простоту использования, задержки передачи сообщений, достаточную надёжность и в то же время отсутствие гарантии доставки.

Достоинствами электронной почты являются: легко воспринимаемые и запоминаемые человекомадреса видаимя_пользователя@имя_домена (например, somebody@example.com); возможность передачи как простого текста, так и форматированного, а также произвольных файлов; независимость серверов (в общем случае они обращаются друг к другу непосредственно); достаточно высокая надёжность доставки сообщения; простота использования человеком и программами.

Недостатки электронной почты: наличие такого явления, как спам (массовые рекламные и вирусные рассылки); теоретическая невозможность гарантированной доставки конкретного письма; возможные задержки доставки сообщения (до нескольких суток); ограничения на размер одногосообщения и на общий размер сообщений в почтовом ящике (персональные для пользователей).

В настоящее время любой начинающий пользователь может завести свой бесплатный электронный почтовый ящик, достаточно зарегистрироваться на одном из интернет-порталов.

В скором будущем электронная почта будет доступна не только в латинских доменных зонах, но и в кириллической зоне .РФ

В зоне .рф пока не полностью отлажены процессы использования электронной почты. В полноценном виде почта на кириллице работает только в нескольких почтовых системах. Но и с этим неудобством разработчики обещают справиться в скором времени.

Почтовые протоколы Интернета

Почта широко распространена, поэтому было разработано несколько протоколов Интернета, обеспечивающих различные требования пользователей. На рис. 16.3 показаны почтовые протоколы Интернета.

Рис. 16.3. Почтовые протоколы Интернета

Простой протокол почтового обмена (SimpleMailTransferProtocol — SMTP) является классическим стандартом Интернета для пересылки почты между компьютерами. SMTP был разработан для пересылки простейших текстовых сообщений и реализован поверх сеанса telnet в режиме NVT.

По прибытии почтового сообщения пользовательский агент должен распознать отдельные части сообщения: идентификатор отправителя, размер, тему и информационную часть. Для простых текстовых сообщений в Интернете уже давно существует стандарт формата текстовых сообщений Интернета от ARPA (StandardfortheFormatof ARPA InternetTextMessages).

Серия более новых стандартов определяет расширения для SMTP (Extensionto SMTP — ESMTP), обеспечивающих пересылку информации других типов. Сегодня сообщения из различных элементов описываются стандартом многоцелевых почтовых расширенийИнтернета (MultipurposeInternetMailExtension — MIME). Допустимо пересылать самые различные виды данных: документы текстовых процессоров, файлы Binhex из Macintosh, графические изображения, видеоклипы, кодированные звуковые файлы, электронные таблицы, исполняемые коды программ и т.д. При необходимости вводятся новые типы MIME, регистрируемые комитетом IANA.

Еще один набор стандартов определяет способы работы с почтой. Протокол почтового офиса (PostOfficeProtocol — POP) обеспечивает загрузку сообщенийс почтового серверана настольную клиентскую систему. Альтернативный вариант, протокол доступа к сообщениям Интернета (InternetMessageAccessProtocol — IMAP) разрешает пользователям копировать, читать или удалять хранимые на сервере сообщения, однако сервер в этом случае является единственным репозиторием для сообщений. Этот вариант хорош для тех, кто желает воспользоваться преимуществами служб администрирования (например, ежедневным автоматическим резервным копированием), сохранить пространство на локальном диске или получить доступ к своим сообщениям при перемещении по сети. Почта доставляется на сервер через SMTP или ESMTP.

В некоторых организациях для доставки почты используется протокол OSI X.400.

Модель пересылки почтового сообщения

На рис. 16.4 показаны элементы почтовой системы. Сообщение подготавливается с помощью приложения пользовательского агента (User Agent — UA). Обычно UA передает сообщение другому приложению, агенту пересылки сообщений (MessageTransferAgent — МТА), которое устанавливает соединение с удаленным хостом и пересылает почтовое сообщение. Термины UA и МТА заимствованы из стандарта X.400, однако применимы и для стандарта SMTP.

Рис. 16.4. Компоненты системы электронной почты

Почту можно отправить непосредственно от источника к пункту назначения или через промежуточные MTA. В последнем случае все сообщение пересылается на промежуточный хост, где оно сохраняется до последующей отправки далее в удобное для этого время. Системы такого рода называются "сохранить-и-переслать" (store-and-forward).

На приемном хосте сообщение помещается в очередь входящих сообщений, а затем перемещается в область почтового ящика пользователя. Когда получатель запустит программу UA, обычно выводится итоговый список всех поступивших сообщений, ожидающих обработки пользователем в его почтовом ящике.

Пересылка почтового сообщения

Почему MTA пересылает сообщение через промежуточные хосты, а не соединяется непосредственно с системой назначения? Когда хост использует прямое соединение, должна быть уверенность в том, что сообщение достигнет конечной точки. Пересылка через промежуточные MTA требует дополнительных ресурсов и создания нескольких отдельных соединений. При пересылке нужно точно указать путь следования сообщения, иначе оно может отправиться по неэффективному маршруту.

• Сценарий доставки почтового сообщения

Для понимания работы механизма "сохранить-и-переслать" проанализируем сценарий, приведенный на рис. 16.5. Фред работает в компании ABC Industries. Он оправляет почтовое сообщение Мери из компании JCN Computer. Компьютер Фреда является рабочей станциейлокальной сети, включенной большую часть суток. Рабочая станция посылает и получает почтовые сообщения через сервер доставки своей локальной сети.

Рис. 16.5. Пересылка сообщения электронной почты

Обе компании реализуют средства защиты от внешнего доступа. Обмен почтой с внешним миром может проводиться только через специально выделенный сетевой хост для доставки почты (MailExchanger). Каждая компания соединена с внешним миром через маршрутизатор, блокирующий весь входной трафик, за исключением соединений с портом почты на хосте почтовой доставки.

В локальной сети Фреда для работы с почтой используется лицензированный программный продукт, а в сети Мери — протокол TCP/IP.

Как видно на рис. 16.5, почтовое сообщение с настольного компьютера Фреда на сервер локальной сети пересылается по лицензированному почтовому протоколу. Сервер сети является программнымшлюзом для трансляции между форматом лицензированного почтового программного обеспеченияи форматом сообщений Интернета. После шлюза сообщение поступает на хост доставки почты компании ABC. Далее оно пересылается по внешней сети (в нашем случае — Интернет) на хост доставки компании JCN. Затем почтовое сообщение попадает на почтовый сервер локальной сети Мери, где и хранится, пока Мери не соединится с сервером и не извлечет сообщение через протокол POP.

Предложенный сценарий выявляет несколько преимуществ данного способа:

■ Персональные компьютеры и рабочие станции передают серверу локальной сети права на отправку исходящих сообщений и хранение поступивших сообщений электронной почты.

■ Сотрудники компании могут использовать электронную почту, но при этом сохраняются все требования к защите сети, поскольку почта пересылается по туннелю через систему почтового обмена.

■ Снижаются затраты на пересылку, поскольку сообщения могут пакетироваться для одновременной доставки в любое время суток.

■ При доставке может происходить преобразование формата.

В следующем разделе мы подробнее рассмотрим механизмы семейства протоколов TCP/IP, поддерживающие расширенные возможности доставки электронной почты.