Середовища передавання даних

ВСТУП

З розвитком персональних комп’ютерів постало питання про створення локальних комп’ютерних мереж - в межах невеликих організацій, дільниць підприємств та офісів. Розвиток мікропроцесорної техніки і здешевлення персональних комп’ютерів дозволило розвинути технології локальних комп’ютерних мереж, в яких зараз за результатами спостережень концентрується до 80% інформаційних потоків.

Загалом із розвитком персональних комп’ютерів з’явилась можливість наблизити територіально місце обробки даних до місця їх виникнення, і, таким чином, підвищити ефективність роботи інформаційних систем. - 7 –

Отже, технічною передумовою появи комп’ютерних мереж став розвиток комп’ютерної техніки та технологій зв’язку.

Натомість економічною передумовою появи комп’ютерних мереж стала постановка таких задач, вирішення яких давало значно більший прибуток, ніж становили затрати на створення комп’ютерних мереж.

До таких задач відносились зокрема задачі в царині оборони, освоєння космосу, наукових досліджень в метеорології, матеріалознавстві, фундаментальній фізиці і хімії тощо.

1.ОРГАНІЗАЦІЯ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ В КОМПЮ’ТЕРНИХ МЕРЕЖАХ

1.1 Різновиди комп’ютерних мереж

Співвідношення між різними видами обробки даних найкраще простежити на діаграмі “відстань - швидкість”, наведеній на рис.1.

Рис.1. Діаграмам “відстань - швидкість”

На діаграмі наведено характеристики наступних видів обробки даних:

• шина ЕОМ - швидкість передавання від 5Мбіт/с 1 Гбіт/с на

відстань до 5 м;

• лінійні підсилювачі - швидкість передавання від 500 біт/с до 100

Кбіт/с на відстань до 10 км;

• локальні мережі - швидкість передавання від 100 Кбіт/с до 1 Гбіт/

с на відстань до 100 км;

• глобальні мережі - швидкість передавання від 1 Кбіт/с до 100

Кбіт/с на необмежену відстань;

• мережі АТМ - швидкість передачі понад 10 Мбіт/с на необмежену

відстань.

Принципово можна виокремити два види обробки даних засобами мережевих технологій: локальні комп’ютерні мережі ЛКМ (LAN - Local Area Networks) та глобальні комп’ютерні мережі ГКМ (WAN - Wide Area Networks).

Одною з визначальних ознак локальної мережі є наявність високошвидкісного каналу зв’язку, яка на порядок перевищує швидкість передачі даних до периферійних пристроїв. Ця швидкість наближається до швидкості передачі даних системною шиною комп’ютера. В таких мережах швидкість обробки даних залежить в основному від швидкодії комп’ютерів, а не від швидкості передачі даних у каналі зв’язку. Якщо трактувати локальну мережу як один великий комп’ютер, який складається з багатьох окремих комп’ютерів, то цю систему можна з певними припущеннями назвати розподіленою інформаційною системою (РІС).

Розрізняють три ступені використання РІС:

• розподілення ресурсів (пам’ять, дисковий простір, принтери). Таке

використання РІС зараз найпоширеніше;

• розподіл навантаження. Задачі, які потрапляють у систему,

надходять на вільні комп’ютери;

• розподіл опрацювання даних. Йдеться про сукупність елементів

обробки даних під логічно та фізично децентралізованим

управлінням ресурсами з метою спільного використання

прикладного програмного забезпечення.

Найдорожчими в локальних мережах є пристрої обробки інформації (комп’ютери), а не комунікаційні пристрої. Ефективність локальних мереж визначається ефективністю використання прикладного програмного забезпечення.

Глобальні комп’ютерні мережі не обмежені якоюсь певною територією і охоплюють всю планету. Основним фізичним середовищем для передачі даних у глобальних мережах є звичайні телефонні лінії з низькою швидкістю передачі (1 - 3 Кбіт/с) та великим рівнем завад. Відповідно, швидкість передачі даних в цих мережах не перевищує можливостей ліній зв’язку і є значно нижчою від швидкості обробки даних в комп’ютері.

В ГКМ найдорожчий елемент - обладнання та лінії зв’язку, які визначають ефективність та швидкість функціонування таких мереж. Швидкість обробки даних в комп’ютері тут практично несуттєва.

Різницю між можливостями локальних та глобальних мереж з погляду швидкості обробки даних в майбутньому можливо вдасться ліквідувати за допомогою технології АТМ (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронного передавання).

Останнім часом в зв’язку зі швидким розвитком мережевих технологій та розширенням сфери їх застосування в літературі можна зустріти випадки виділення в окрему групу регіональних та корпоративних комп’ютерних мереж.

Регіональні комп’ютерні мережі (РКМ) (MAN - Metropolitan Area Networks) - це мережі масштабів району, міста, області, регіону. В залежності від конкретної реалізації ці мережі можуть створюватись і функціонувати на засадах локальних чи глобальних мереж.

Корпоративні комп’ютерні мережі (ККМ) - це об’єднання кількох ЛКМ одної організації чи підприємства у єдину мережу за допомогою ліній зв’язку ГКМ.

1.2 Класифікація комп’ютерних мереж

Комп’ютерні мережі класифікують за наступними ознаками:

• за територіальним розташуванням - локальні, регіональні,

глобальні;

• за сферою застосування - офісні, промислові, побутові;

• за комплексом архітектурних рішень - Ethernet, Token Ring,

Arcnet;

• за топологією - шинна, кільцева, зіркоподібна, деревоподібна,

повнозв’язна;

• за фізичним середовищем передавання - з симетричним кабелем, з

коаксіальним кабелем, з кабелем “кручена пара”, з волоконно-

оптичним кабелем, з інфрачервоним каналом, з мікрохвильовим

каналом;

• за методом доступу до фізичного середовища передавання - з

опитуванням, з маркерним доступом, із суперництвом, з

уставлянням регістра;

1.3. Стандартизація у комп’ютерних мережах

Створення, розвиток та поширення використання комп’ютерних мереж були б неможливими без використання однакових правил передачі та обробки даних - стандартів.

Основними організаціями, які розробляють та сприяють впровадженню стандартів в галузі комп’ютерних мереж є:

1. Міжнародний телекомунікаційний союз (МТС) (ITU - International

Telecommunication Union). Стандарти МТС поділяються на серії. Стандарти кожної серії присвячені одній тематиці і позначаються великою літерою латинського алфавіту. Після літери ставиться крапка і номер стандарту. Так, наприклад, літерою V позначаються стандарти щодо передавання даних телефонними каналами, літерою X - стандарти щодо мереж передавання даних, літерою Q - стандарти щодо телефонної комутації та сигналізації

2. Технічний комітет 97 - комітет міжнародної організації зі стандартизації (ISO - International Standard Organization). Технічний комітет розробляє стандарти щодо опрацювання інформації за допомогою ЕОМ. Стандарти цієї організації позначаються чотиризначним числом та суфіксом ISO. Так, наприклад, стандарт, який стосується протокольного стеку ТСР/ІР має позначення 7498 ISO

3. Комісія з питань діяльності Internet (IAB - Internet Activities Board) - розробляє стандарти щодо діяльності Internet

Дотримання стандартів, які розроблені цими організаціями,

обов’язкове під час проектування, створення та експлуатації будь-яких комп’ютерних мереж.

2.АРХІТЕКТУРНІ ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ КОМП’ЮТЕРНИХ МЕРЕЖ

2.1 Основні визначення та поняття

Розглядаючи питання створення та експлуатації комп’ютерних мереж слід мати на увазі наступні визначення та поняття:

• реальна система (real system) - сукупність одної або кількох ЕОМ, програмного забезпечення, периферійного обладнання, терміналів та персоналу, яка повністю автономна й отримує та передає дані;

• реальна остаточна система (real end system) - реальна система, яка виконує в мережі функції станції даних, тобто є джерелом або приймачем даних;

• відкрита система (open system) - система, яка побудована і функціонує з дотриманням вимог міжнародних стандартів;

• комунікаційна система (communication system) - реальна відкрита система, яка забезпечує обмін даними між абонентськими системами у відкритій інформаційній системі;

• абонентська система (user system) - реальна відкрита система, яка є постачальником або споживачем ресурсів мережі, забезпечує доступ до них користувачів і керує взаємозв’язком відкритих систем;

• прикладний процес (application process) - процес у реальній остаточній системі, який обробляє дані для визначених потреб користувачів;

• середовище передавання даних (transmission medium) - сукупність ліній передавання даних та, можливо, іншого обладнання, яке забезпечує передавання даних між абонентськими системами;

• середовище зв’язку відкритих систем (open system interchange environment) - сукупність функцій, які дають можливість реальним відкритим системам обмінюватись даними відповідно до міжнародних стандартів.

Зв’язок між деякими основними поняттями у відкритій інформаційній системі ілюструє схема на рис.2.

Рис2. Відкрита інформаційна система

Структура середовища зв’язку відкритих систем визначається стандартом 7498 ISO. Середовище в цілому має складний набір функцій. Під час його створення використовують ієрархічний підхід, який ґрунтується на наступних засадах:

• оскільки функція передавання у середовищі дуже складна, то її розділяють за рівнями;

• на кожному рівні виконується конкретний скінчений набір завдань; • на межі між рівнями обмін даними повинен бути мінімальним;

• рівні повинні описуватись так, щоб зміни на одному з них не викликали необхідності внесення змін на інших рівнях.

2.2 Основні функції протоколів різних рівнів

Передусім потрібно зрозуміти суть часто використовуваного в подальшому поняття " протокол".

Протокол - це набір правил, угод, сигналів, повідомлень і процедур, який регламентує взаємодію між двома пристроями (зокрема формати і процедури обміну даними). Розрізняють протоколи нижнього і верхнього рівнів, а також стеки протоколів. протоколи можна підтримувати і реалізовувати апаратно, програмно та апаратно-програмно.

Зараз використання семирівневої моделі взаємодії відкритих систем стало стандартом у комп’ютерному зв’язку (і не лише). У відповідності зі стандартом 7498 ISO обробка даних на різних рівнях цієї моделі відбувається у відповідності з протоколами цих рівнів. На різних рівнях моделі протоколи виконують різні функції.

Зведені дані щодо протоколів різних рівнів моделі взаємодії відкритих систем наведені в табл.1.

Таблиця 1. Рівні моделі взаємодії відкритих систем

СЕРЕДОВИЩА ПЕРЕДАВАННЯ ДАНИХ