Лекция 14-15. Компьютерные сети Основные понятия

С уществует два типа обработки данных: централизованная обработка данных (рис. 4.1) и распределенная обработка данных (рис. 4.2).

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Централизованная обработка данных – обработка данных, выполняемая на одном компьютере.

Распределенная обработка данных - обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Компьютерная (вычислительная) сеть (ВС) – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в одну систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных (рис. 4.3).

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети. Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы и т.д.

Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации. Совокупность абонента и станции называют абонентской системой.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

Н а базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентами системы. Поэтому компьютерную сеть можно представить как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.

Рис. 4.3

Классификация вычислительных сетей

В зависимости от территориального расположения абонентских систем ВС можно разделить на три основных класса:

• глобальные сети (WAN – Wide Area Network) – объединяют абонентов, находящихся в различных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи;

• региональные сети (MAN – Metropolitan Area Network) – связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга - внутри одного города, экономического региона, страны (десятки сотни километров);

• локальные сети (LAN – Local Area Network) – объединяют абонентов, находящихся в пределах небольшой территории. Не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов сети. Обычно такая сеть привязана к определенному месту - здание предприятия, фирма, банк, офис и т.д. Протяженность такой сети приблизительно 2–2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии (рис. 4.4). Компьютерная сеть Интернет является наиболее популярной глобальной сетью. В ее состав входит множество сетей, внутри каждой из них существует своя структура связи и определенная структура управления.

Р ис. 4.4

Процесс передачи информации

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие компоненты: передатчик, средства передачи, приемник.

Передатчик – устройство, являющееся источником данных.

Приемник – устройство, принимающее данные.

Средства передачи – физическая передающая среда и системная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи.

Для передачи сообщений в ВС используются различные типы каналов связи (например, выделенные телефонные каналы, каналы спутниковой связи). В ЛВС в качестве передающей среды используется витая пара проводов, коаксиальный и оптоволоконный кабель.

Существуют три режима передачи информации:

• Симплексный – передача данных только в одном направлении. (ВС практически не меняется).

• Полудуплексный – попеременная передача данных, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

• Дуплексный – одновременная передача и прием сообщений.

Наиболее распространенным в мире кодом передачи данных является ASCII-код.

Существует передача данных параллельным кодом (каждый бит кодовой комбинации передается по отдельному проводу) и последовательным кодом (по одному проводу, бит за битом).

Процесс передачи или приема информации в ВС может быть синхронным или асинхронным.

При синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами (рис. 4.5). В конце блока данных в каналах связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи.

Рис. 4.5

Если две последовательности совпадают, ошибок нет. Блок данных принят. Если последовательности не совпадают, – ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии.

При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как последовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые позволяют выделить байт из потока передачи (рис 4.6). Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Пропускная способность линии связи ниже, чем при синхронной передаче.

Рис. 4.6

Цифровые данные по проводнику передаются путем смены текущего напряжения: нет напряжения – 0, есть напряжение – 1. Существует два способа передачи информации в физической передающей среде.

• Цифровой (узкополосный) способ передачи – данные передаются в их естественном виде на единой частоте. Дальность связи не более 1 км. Скорость передачи информации 10 Мбит/с. ЛВС используют данный способ передачи.

• Аналоговый способ, обеспечивающий широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот. Передавать цифровую информацию по аналоговому каналу можно, управляя одним из параметров сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой, фазой.

При широкополосной передаче возможна работа для каждого абонента на своей частоте в пределах одного канала. Это обеспечивает взаимодействие большого количества абонентов при высокой скорости передачи данных.

Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются сетевыми адаптерами.

Модем – устройство, выполняющее преобразование цифровой информации в аналоговые сигналы для передачи в канал связи и обратное преобразование при приеме информации ЭВМ из канала связи.

Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частотного разделения. Существуют активные (с усилителем от 4 до 16 станций) и пассивные (до 3 рабочих станций) концентраторы.

В ЛВС, где передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используют специальные устройства – повторители, которые обеспечивают сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большие, чем предусмотрено типом физической передающей среды, расстояния.

Характеристики коммуникационной сети:

• скорость передачи данных по каналу связи (количество битов информации в секунду, исключая служебные символы);

• пропускная способность канала связи – количество передаваемых байтов (в том числе и служебная информация) в секунду;

• достоверность передаваемой информации (количество ошибок на знак - байт) для ВС около 10^-6–10^-7 ошибок/знак;

• надежность канала связи (измеряется в часах). Для ВС, как минимум, составляет несколько тысяч часов.