Реферат: Электронные вычислительные сети
I. ВВЕДЕНИЕ
В современномсложном и многоликом мире ни одну крупную тех-
нологическую проблему нельзя решить без переработки значительных
объемов информации и коммуникационных процессов. Нарядус энерго
и фондовооруженностью современному производствунеобходима и ин-
формационная вооруженность, определяющая степеньприменения прог-
рессивных технологий.Особое место в организации новых информа-
ционных технологий занимает компьютер. Телефоннаясеть, а затем
специализированные сети передачи данных послужили хорошей осно-
вой для объединения компьютеров в информационно-вычислительные
сети. Компьютерные сети передачи данных являютсярезультатом ин-
формационной революции и в будущем смогут образовать основное
средство коммуникации.
Сети появилисьв результате творческого сотрудничества спе-
циалистов по вычислительной технике, техники связи и являются
связующим звеном между базами данных, терминалами пользователей,
компьютерами.
II. ЦЕЛЬСОЗДАНИЯ ГЛОБАЛЬНОЙ
ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
Информационно-вычислительная сеть создается с целью повыше-
ния оперативности обслуживания абонентов.
ИВС должнаобеспечивать надежную передачу цифровой информа-
ции.
В качествеоконечных терминалов могут выступать как от-
дельные ПК, так и группы ПК, объединенные в локальные вычисли-
тельные сети.
Передачаинформационных потоков на значительные расстояния
осуществляется с помощью проводных, кабельных, радиорелейных и
спутниковых линий связи. В ближайшее время можноожидать широко-
го применения оптической связи по опто-волоконнымкабелям.
Погеографическим масштабам вычислительные сети подразде-
ляются на два вида: локальные и глобальные. Локальнаясеть может
иметь протяженность до <st1:metricconverter ProductID=«10 километров» w:st=«on»>10 километров</st1:metricconverter>.Глобальная сеть может охва-
тывать значительные расстояния — до сотен и десятковтысяч кило-
метров. Нам необходимо выбрать и обосновать типГлобальной инфор-
мационно-вычислительной сети.
Будем действоватьметодом исключения.
Спутниковаясвязь. Первый спутник связи был запущен в 1958
году в США. Линия связи через спутниковый транслятор обладает
большой пропускной способностью, перекрывает огромныерасстояния,
передает информацию вследствие низкого уровня помех свысокой на-
дежностью. Эти достоинства делают спутниковую связьуникальным и
эффективным средством передачи информации. Почти весь трафик
спутниковой связи приходится на геостационарные спутники.
Но спутниковаясвязь весьма дорога, так как необходимо иметь
наземные станции, антенны, собственно спутник, кроме того тре-
буется удерживать спутник точно на орбите, для чего на спутнике
необходимо иметь корректирующие двигатели исоответствующие сис-
темы управления, работающие по командам с Земли и
т.д. В общем балансе связи на спутниковые системыпока приходит-
ся примерно 3 % мирового трафика. Но потребности в спутниковых
линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км
спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по
сравнению с другими видами дальней связи.
Оптоволоконнаясвязь. Благодоря огромной пропускной способ-
ности оптический кабель становится незаменимым в информацион-
но-вычислительных сетях, где требуется передаватьбольшие объемы
информации с исключительно высокой надежностью, в местныхтелеви-
зионных сетях и локальных вычислительных сетях.Ожидается, что в
скором времени оптический кабель будет дешев в изготовлении и
свяжет между собой крупные города, тем более, что техническое
производство световодов и соответствующей аппаратуры развивается
быстрыми темпами.
Радиосвязь. Ксожалению, радио как беспроволочный вид связи
не свободно от недостатков. Атмосферные и промышленные помехи,
взаимное влияние радиостанций, замирание на короткихволнах, вы-
сокая стоимость специальной аппаратуры — все это непозволило ис-
пользовать радиосвязь в ИВС.
Радиорелейнаясвязь. Освоение диапазона ультракоротких волн
позволило создать радиорелейные линии. Недостатком радирелейных
линий связи является необходимость установки через определенные
промежутки ретрансляционных станций, их обслуживание ит.д.
Модемнаятелефонная сеть на основе стандартной телефонной
линии и персонального компьютера.
Модемная телефонная сеть позволяет создавать информацион-
но-вычислительные сети практически на неограниченнойгеографичес-
кой территории, при этом по указанной сети могутпередавться как
данные, так и речевая информация автоматическим либо диалоговым
способом.
Для соединениякомпьютера с телефонной сетью используются
специальная плата (устройство), называемая телефонным адаптером
или модемом, а так же соответствующее программноеобеспечение.
К несомненнымдостоинствам организации информационно-вычис-
лительной сети на основе стандартной телефоннойлинии связи яв-
ляется то, что все компоненты сети стандартны и доступны,не тре-
буются дефицитные расходные материалы, простотаустановки и эк-
сплуатации.
3. ТЕХНИЧЕСКИЕХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ГЛОБАЛЬНОЙ
ИВС НА ОСНОВЕСТАНДАРТНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ.
Патент наизобретение телефона был выдан в 1876 году Алек-
сандру Деллу и его право на это изобретение сейчас никемне оспа-
ривается. Поэтому некоторые стандарты, определяющиепорядок пере-
дачи данных, носят приставку Bell, например Bell 103 J,Bell 212A.
Первыетелефонные линии были однопроводными (вторым прово-
дом служила Земля), в <st1:metricconverter ProductID=«1883 г» w:st=«on»>1883 г</st1:metricconverter>. появились двухпроводные линии. В
целом телефонная сеть охватила, хотя и неравномерно, почти весь
Земной шар, сегодня в мире на каждые 100 человек приходится в
среднем 15 телефонных номеров.
Персональныйкомпьютер появился почти через 100 лет после
изобретения Белла, а компьютерные сети не дожили ещедо возраста
совершеннолетия.
Сети появилисьв результате творческого сотрудничества спе-
циалистов по вычислительной технике, технике связи и являются
связующим звеном между базами данных, терминалами пользователей,
компьютерами.
В основемодемной связи, как уже было сказано выше, лежит
существующая стандартная телефонная сеть. Связь такогорода удоб-
на в случае передачи информации на большие расстояния, а также
для непрофессиональных пользователей компьютеров. Она позволяет
им обменивается сообщениями, дает возможностьпользоваться обще-
доступными банками информации. Деятельность такой сетипрактичес-
ки не ограничена и зависит только от состояния и качества теле-
фонной сети. Количество абонентов такой информационно-вычисли-
тельной сети также практически не ограниченно.
Передвключением компьютера (абонента) в сеть он должен быть
оборудован специальным адаптером, являющимсярасширением компью-
тера типа IBM PC (XT, AT).
Разработаномножество разновидностей адаптеров (модемов),
которые обеспечивают подключение компьютера к телефонной линии.
Модем — это устройство, с помощью которого цифроваяинформация на
выходе из компьютера преобразуется в модулированныйсигнал. Ког-
да компьютер применяется для приема информации изтелефонной се-
ти, модем должен принять сигнал из телефона ипреобразовать его в
цифровую информацию. На выходе модема информацияподвергается мо-
дуляции, а на входе демодуляции. Отсюда и название модем.
Стандартнаятелефонная линия приспособлена к передаче акус-
тических сигналов частотой от 300 до 3400 Гц иполностью обеспе-
чивает передачу речевой информации. Параметры линии недостаточны
для цифровой передачи данных непосредственно между компьютерами.
Назначение модема заключается в замене сигнала, поступающего из
компьютера (сочетание нулей и едениц) электрическим сигналом с
частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии.
Акустический канал этой линии модем разделяет на двеполосы низ-
кой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применяетсядля пе-
редачи данных, а полоса высокой частоты для приемаданных.
В модем, какправило, входит специализированный микрокомпью-
тер, содержащий 3-х разрядное арифметическое устройство,постоян-
ное запоминающее устройство на 8 килобайт, оперативноезапоминаю-
щее устройство на 128 байт, таймер, командный регистр, контрол-
лер прерываний, стек, порт ввода (вывода).
Собственномодем — это электронная схема, обнаруживающая,
кодирующая и декодирующая сигнал телефонной линии.
Mодема заключаетсяв егo подключении к компьютерy и подсоедине-
ний к гнездам на карте модема проводов телефоннойлинии и теле-
фонного аппарата. После загрузки коммуникационной программы мо-
дем готов к работе. Коммуникационная программа принимаети запи-
сывает в память компьютера информацию из модема, а также пере-
дает в модем данные, указанные пользователем. Многие коммуника-
ционные программы позволяют применять модемную связь не только
для простых соединений типа «отправь/прими», нои для определе-
ния очереди файлов при передачи информации в запрограммированное
время, а также для диалогового режима связи и т.д.
Таким образомналичие модемa и компьютера дает возможность
доступа к сети модемной связи. Но для успешного обмена информа-
цией необходимо, чтобы и ваш компьютер, и модем, и сетьсвязи, и
удаленный компьютер со своим программным обеспечением- все это
работало согласовано. И как будет показано ниже такаясогласован-
ность достигается применением компьютеров и модемов, реализован-
ным по международным стандартам и в соответствии с рекомендация-
ми Международного консультативного комитета по телеграфиии теле-
фонии (МККТТ).
В настоящеевремя существуют три типа модемов: акустический
модем, внешний модем прямого включения, внутренниймодем прямого
включения.
Акустическиемодемы представляют собой резиновые чашки, в
которые вставляется телефонная трубка. Сейчас модемы этого типа
используются довольно редко, в основном из-за относительно невы-
сокой скорости передачи и приема данных, а также из-за отсут-
ствия в них некоторых автоматически выполняемыхфункций, которые
в настоящее время стали привычными. Hаиболее шиpокое pаспpостpа-
нение получилимодемы подключаемые непосредственно к телефонной
линии. Для IBM PCсовместимых компьютеров такие модемы выпус-
каются двух типов: внешний модем, называемый такпотому, что он
располагается вне ПК и подключается к последовательному порту
компьютера с помощью кабеля, и внутренний модем, который пред-
ставляет собой дополнительную плату и встраиваетсянепосредствен-
но в компьютер.
На заднейпанели модемов (как внешних, так и внутренних)
обычно расположены два унифицированных телефонных гнезда, через
одно из которых модем соединяют с телефоннойразеткой. К другой
розетке можно подсоединить свой телефон и передавать поодной те-
лефонной линии в режиме диалога и речевые сообщения, иданные.
Программноеобеспечение, которое вы выбираете для обеспече-
ния связи, играет ключевую роль в процессе обмена информацией
между компьютерами.
Если вынаходитесь на приемном конце линии, то программа
связи позволяет вам записать полученные данные на диск, вывести
их на принтер либо просто просмотреть на экране. При передаче
данных большинство программ связи позволяет сделать выбор между
посылкой их из файла на диске и вводом непосредственнос клавиа-
туры.
Коммуникационное программное обеспечение позволяет также
хранить телефонные номера, команды управления модемом и другие
необходимые параметры.
Обычно этипараметры постоянно хранятся в специальном спис-
ке абонентов сети, так что их не приходится вводитьзаново вся-
кий раз, когда нужно подключиться к удаленномукомпьютеру. Хоро-
шо разработанная программа связи позволяет легко выбратьиз это-
го списка парамеры нужной вам удаленной системы иначать процесс
установления связи.
Многиепрограммы связи сами дают модемам команды набора но-
мера, автоответа на поступающие вызовы и т.п.Конечно, эти фун-
кции выполняет сам модем, но программа обеспечиваетсоответствую-
щие инструкции.Например, когда программа посылаетмодему команду
соединится с определенным абонентом, модем автоматически перес-
тает реагировать на поступающие вызовы из сети (это аналогично
поднятию трубки телефона), ждет сигнала готовности телефонной
станции и затем начинает генерировать щелчки,
т.е. сигналы набора нужного номера.
При соединениис такой удаленной системой, как оперативная
информационная служба, вам, вероятно потребуется ответитьна один
или несколько вопросов, появившихся на экране вашего ПК. Обычно
надо осуществить процедуру индетификации, которая чащевсего зак-
лючается в наборе своего имени, номера и пароля. Этот короткий
диалог часто называется прцедурой входа в систему.Процедура вхо-
да в систему обычно используется в качестве средства защиты ин-
формации от несанкционированного доступа, а удаленнаясистема при
этом сохраняет запись, иначе говоря, справку о каждомобращении к
ней.
Многиепрограммы связи обеспечивают режим автоматического
входа в систему. После выполнения формальностейудаленная смсте-
ма обычно приветствует вас и ждет следующей команды. Сэтого мо-
мента коммуникационная программа превращает ваш ПК в видеотерми-
нал удаленной вычислительной системы, позволяя использовать ее
ресурсы так, как если бы вы работали непосредственно сней.
Одним из самыхраспостраненных применений коммуникации яв-
ляется пересылка файлов межу ЭВМ. Этими файлами можетбыть самая
различная информация: текстовая, табличная и т.
п.
Прежде чемустановить связь, необходимо задать так называе-
мые параметры связи или коммуникационные параметры, которые ме-
няются в зависимости от типов компьютеров и программы связи. К
счастью, большинство программ связи позволяетзапоминать и вос-
станавливать в нужный момент параметры, применяемые для связи.
Помимо совпадения параметров связи для передачи файловтребуется,
чтобы оба компьютера, связывающиеся друг с другом, договорились
об общем протоколе. Протокол состоит из набора правил иописаний,
которые регулируют передачу информации. Современные программы
связи освобождают пользователя от знаний деталейпротокола.
Для борьбы сошибками, возникающими при передачи файлов, в
большинстве современных протоколов имеются средства исправления
ошибок. Конкретные методы в каждом протоколе свои, но принци-
пиальная схема исправления ошибок одна и та же. Оназаключается в
том, что передаваемый файл разбивается на небольшие блоки- паке-
ты, а затем каждый принятый пакет сравнивается спосланным, что-
бы удостовериться в их адекватности. Ка ждый пакет содержит до-
полнительный контрольный байт. Если принимающийкомпьютер, после
некоторых логических действий, плучит иное значение этого бйта,
он сделает вывод, что при пересылке пакета произошла ошибка, и
запросит повторение передачи этого пакета. Несмотря на то, что
такая процедура уменьшает объем полезной информации, передавемой
в еденицу времени, проверка на наличие ошибок и их исправление
обеспечивает надежность передачи файла.
В настоящеевремя в некоторых программах введены более сов-
ременные сеансовые протоколы, которые обнаруживают ошибки на
пртяжении всего сеанса связи, т.е. поддерживаютнадежность и точ-
ность диалога.
После того каквы закончили сеанс связи, надо осуществить
выход из системы. Обычно система (сеть) выдает на экран сообще-
ние, подтверждающее, что процедура выхода завершенаблагополучно.
Если вы прерветесвязь, не выйдя из системы, удаленная сис-
тема может принять ошибочное решение о том, что сеанссвязи про-
должается, при этом абонентская плата за пользование междугород-
ным телефоном может быть весьма высока.
Выбор модемавесьма сложная системотехническая задача. Су-
ществует много стандартов и типов модемов. Крометого существуют
несовместимые модемы, использующие не одинаковую скоростьпереда-
чи данных, и наконец, сверх того, пользователиперсональных ком-
пьютеровмогут выбирать модемы как внешнего, так ивнутреннего ти-
па.
Как былосказанно выше, существует три основных типа моде-
мов, однако используются повсеместно только модемы двухтипов: в
виде плат и в виде самостоятелбных устройств. Третий типмодемов:
акустические соединители (которые соединяются стелефонной труб-
кой и представляют собой аналог телефона), в настоящеевремя поч-
ти не используются из-за низкой скорости, отсутствия возможности
набора номера и чувствительности к внешним помехам. Основное
пpеимущество модемов, поставляемых в виде отдельных устройств,
заключается в том, что эти модемы могут использоваться с любым
компьютером, который имеет последовательный порт, и имеет ряд
световых сигналов состояния, которые помогают пользователю осу-
ществлять управление вызовом абонента. Кроме того, этимодемы не
связаны с определенным разъемом. Недостатком внешнегомодема, как
было сказано ранее, являются: необходимостьотдельного источника
питания, наличие последовательного порта уПК, а также то обстоя-
тельство, что это отдельное, легкоснимаемое,малогабаритное, до-
рогостоящее устройство.
Внутренниймодем встраивается в системный (базовый) блок ПК,
не требует отдельного источника питания, не занимает последова-
тельный порт, однако он занимает слот pасшиpения,создает допол-
нительную нагpузку на блок питания ПК, выделяет лишнеетепло.
Функциональнооба модема (внешний и внутренний) равноценны,
но внешний модем на 15-20% дороже внутреннего.
Модемыклассифицируются по своей функциональной скорости.
Скорость их работы измеряется в битах в секунду, хотя наиболее
распространенным является «бод». Вследствииспособа передачи ин-
формации для передачи каждого символа используется десять би-
тов.Это означает, что при скорости передачи данных, составляющих
300 бит/сек (наименьшая скорость работы современногомодема) ин-
формация передается со скоростью 30 символов в секунду.Может по-
казаться, что такая скорость достаточно велика. Действительно,
эта скорость достаточна при считывании информации, однако она
оказывается мала при передаче данных другим абонентам.При такой
скорости передачи данных для пересылки 5 страниц текста потре-
буется 5 минут. При переходе к использованию модемасо скоростью
1200 бит/сек время пересылки такого текста займет околоминуты.
В настоящеевpемя становятся доступными наиболее быстро дей-
ствующие модемы: в настоящее время за приемлемую цену можно
приобрести модемы, функционирующие со скоростью 14400 бит/сек,
16800 бит/сек и модемы 28800 бит/сек, что являетсяпоследним дос-
тижением сpеди пpоизводителей модемов на 1994 год. Однако сле-
дует заметить, что на теppитоpии России и дpугихстpанах бывшего
СССР использование таких высокоскоpостных модемов несколько
затpуднено из-за весьма посpедственного качества телефонных ли-
ний. Для улучшения надежности пеpедачи данных и дляулучшения на-
дежности соединения двух модемов pазpаботаныpазличные пpотоколы
пеpедачи данных, котоpые позволяют относиться менее кpитично к
телефонным линиям.
Другойважнойхарактеристикой модема является режим передачи
данных. Разговор по телефону производится в «полностью дуплек-
сном режиме». Вы можете прерывать беседу,вставлять реплики или
даже оба говорить одновременно. Наоборотрадиотелефонная система
позволяет в каждый момент времени говорит толькоодному из двух
беседующих абонентов. После того, как вы закончите говорить,
необходимо нажать на кнопку освобождения линии для того, чтобы
услышать ответ абонента.
Основноепреимущество полность дуплексного режима работы мо-
дема заключается в том, что каждый символ, введенный вамис кла-
виатуры, может быть принят на другом конце линии связи — то, что
вы видите на экране, не является информацией, непосредственёо
введенной с клавиатуры, а данными переданными на удаленный ком-
пьютер и принятыми от него. Это означает, что вы можетенемедлен-
но определить, воздействовали ли помехи в линии на туинформацию,
которую вам требовалось передать. В настоящее время практически
все модемы работают в это режиме, однако многие программы связи
имеют возможность установки «полудуплексногорежима», в котором
система не отображает на экране вашего терминала непосредственно
переданную информацию.
В отличие от многих других областей разработки вычисли-
тельных систем, имеется уже упоминаемая намимеждународная орга-
низация — Международный консультативный комитет по телеграфии и
телефонии (МККТТ) — которая устанавливает стандарты на модемы.
Это значит, что действительно имеется реальнаявозможность того,
что ваш модем будем взаимодействовать с другимиабонентами, кото-
рые находятся других частях земного шара.
МККТТ является подразделением Международной организации
стандартов (МОС). Стандарты, разрабатываемые этойорганизацией в
области модемов, имеют индекс «V» (например- стандарт V21 для
модемов, работающих со скоростью 300 бит/сек, а стандаpтV34 для
28800 бит/сек).
Кроме скоростипередачи данных, каждый данный стандарт МККТТ
определяет множество других характеристик, о которых (поскольку
стандарт разработан и существует) средний пользовательмодема мо-
жет вообще ничего не знать. Эти характеристики включаюттакую ин-
формацию, как частота, на которой модемы осуществляютсвязь, спо-
соб модуляции данных в линии, описание ситуаций, возникающих в
случае ответа модема на телефонный звонок, и тому подобное. В
действительности, при выборе модема требуется знатьскорость пе-
редачи данных и перечень действующих стандартов. Ита, и другая
информация необходима потому, что в некоторых случаяхмодемы раз-
личных стандартов функционируют с одинаковой скоростью.
Напримермодемы стандартов V.29 и V.32 имеют скорость пере-
дачи данных равную 9600 бит/сек, однако они не могут сопрягаться
друг с другом, поскольку в этих модемах используются различные
системы модуляции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Э.А.Якубайтис. Информатика, электроника,сети. — М.:
Финансы и статистика, 1989.
2. К.Ги.Введение в локально-вычислительные сети. Пер. с
англ./ Под ред. Б.С.Иругова. — М.: Радио и связь, 1986.
3. А.В.Петpаков. Введение а электpонную почту. — М.: Финансы и
статистика. 1993
4. А.В.Фpолов, Г.В. Фpолов. Локальные сети пеpсональных компьютеpов.
— М.: Диалог-МИФИ