БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. УСТИНОВА

Кафедра систем обработки информации и управления

В.И. Мельник

СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

Конспект лекций

Санкт-Петербург

2008

СОДЕРЖАНИЕ
Введение ..................................................................................................................	5
Системы телеобработки........................................................................................	5
Общие сведения....................................................................................................	5
Каналы связи.........................................................................................................	7
Сопряжение ЭВМ с каналами связи..................................................................	10
Абонентские пункты (АП) .................................................................................	11
Программные средства.......................................................................................	12
Глобальные Сети ЭВМ........................................................................................	12
Введение..............................................................................................................	12
Общие сведения..................................................................................................	14
Эффект сетевой обработки данных. ..................................................................	15
Основные характеристики сетей ЭВМ ..............................................................	16
Многоуровневая организация управления......................................................	16
Процессы ...............................................................................................................	18
Уровни управления .............................................................................................	19
Интерфейсы и структура сообщений................................................................	23
Протоколы ............................................................................................................	24
Распределение функций по системам ...............................................................	25
Способы и средства коммутации и передачи данных....................................	25
Коммутация каналов, сообщений и пакетов .....................................................	25
Дейтаграммы и виртуальные каналы ................................................................	28
Адресация, маршрутизация пакетов и управление потоками данных .......	29
Способы адресации..............................................................................................	29
Иерархическое кодирование ..............................................................................	30
Отображение адресов .........................................................................................	30
Распределение адресов.......................................................................................	30
Маршрутизация пакетов ....................................................................................	31
Простая маршрутизация.....................................................................................	32
Фиксированная маршрутизация.........................................................................	33
Адаптивная маршрутизация...............................................................................	34
Управление потоком............................................................................................	35
Защита от перегрузок ..........................................................................................	36

2

Протоколы и интерфейсы уровней управления с 1 по 4................................	37
Интерфейс Х21 ...................................................................................................	39
Протокол канального уровня HDLC..................................................................	39
Протокол сетевого уровня Х25 ..........................................................................	42
Обмен другими типами пакетов в протоколе Х25 ..........................................	44
Пакет прерывания...............................................................................................	44
Пакеты управления потоком и сбросом. ...........................................................	45
Пакет рестарт ......................................................................................................	45
Пакеты диагностики и регистрации ..................................................................	45
Транспортная сеть ...............................................................................................	45
Транспортный протокол.....................................................................................	46
Протокол класса 0...............................................................................................	47
Протокол класса 1...............................................................................................	47
Протокол класса 2...............................................................................................	47
Протокол класса 3...............................................................................................	47
Протокол класса 4...............................................................................................	47
Протоколы высокого уровня .............................................................................	48
Протокол виртуального терминала ..................................................................	48
Административное управление .........................................................................	49
Защита данных и идентификация пользователя............................................	50
ЛОКАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ ............................................................................	52
Введение ................................................................................................................	52
Принципы построения ........................................................................................	52
Локальная сеть, циклическое кольцо...............................................................	55
1. Локальная сеть двойное циклическое кольцо ...............................................	57
2. Коммутаторное циклическое кольцо.............................................................	58
Моноканал ............................................................................................................	59
Организация магистральных ЛС........................................................................	60
Свободный доступ с проверкой столкновений .................................................	61
Синхронный свободный доступ с проверкой столкновений ...........................	62
Свободный доступ с проверкой столкновений и несущей в канале................	63
Эстафетный доступ (комбинированный) ..........................................................	63
Управление информационным каналом..........................................................	65
Проект 802 стандарта ЛС....................................................................................	65

3

Сетевые адаптеры................................................................................................	67
Приемопередатчик..............................................................................................	69
Расширение и комплексирование локальных сетей ......................................	70
Некоторые методы и способы обмена данными, используемые в сетях ЭВМ
.................................................................................................................................	72
Методы обмена данными первичный/вторичный.............................................	72
Система опроса/выбора ......................................................................................	72
Метод обмена данными «Выборочный и групповой опрос» ...........................	75
Метод обмена данными опрос/выбор с остановкой и ожиданием ..................	75
Непрерывный автоматический запрос на повторение (скользящие окна) ......	77
Некоторый анализ практического применения методов
первичный/вторичный .......................................................................................	79
Методы полудуплексной передачи....................................................................	79
Метод дуплексной передачи ..............................................................................	80
Равноранговые системы без запросов ..............................................................	81
Система случайная ALOHA...............................................................................	81
Система Слотовая ALOHA ................................................................................	83
Вариант системы «Слотовая ALOHA без владения» .......................................	83
Вариант системы «Слотовая ALOHA с владением» ........................................	84
Система типа первичный/вторичный без опроса (метод TDMA) ................	84
Спутниковые устройства компенсации задержки (СУКЗ)............................	85
Принцип электронной почты.............................................................................	86
Литература............................................................................................................	88

4

Введение

Сети ЭВМ относятся к системам обработки данных и управления и рассматриваются как совокупность технических средств, программного обеспечения и каналов связи. Последние с учетом эффективности предоставления общих видов услуг связи, методов и способов передачи данных

будут рассматриваться нами в области телекоммуникации распределенных сетей.

Управление подразумевает использование сетей ЭВМ и направлено на координацию функционирования большого числа технических объектов и подразделений людей.

Всостав технических средств входит оборудование для ввода, хранения, преобразования и вывода данных, отдельные ЭВМ или вычислительные системы, аппаратура передачи данных, а при взаимодействии с техническими объектами – и аппаратура сопряжения с ними.

Программное обеспечение реализует в основном специфические функции сетей ЭВМ, учитывающие все вышеизложенное.

Влитературе предложена классификация систем обработки данных, приведенная на рис. 1.

Системы обработки данных

	ЭВМ	Вычислительные	Системы телеобработки	Сети ЭВМ
		системы

Многомашинные		Многопроцессорные		Глобальные		Локальные
сосредоточенные системы				распределенные системы

Рис. 1

Данный курс в конечном итоге направлен на изучение распределенных систем.

Системы телеобработки

Общие сведения

Системы телеобработки – это совокупность технических и программных средств, а также каналов связи, предназначенная для обработки на ЭВМ данных, передаваемых по каналам связи, и доведения таким же образом результатов этой обработки или команд до источников данных, в том числе до технических объектов. Структура таких систем представлена на рис. 2.

5

Рис. 2

МПД - мультиплексор передачи данных; АПД - аппаратура передачи данных; М – модем; ПУ - периферийные устройства;

АП - абонентский пункт; ТО – технические объекты; к.с. – каналы связи;

АТС – автоматическая телефонная станция.

Абоненты такой системы - пользователи или объекты, подключаются к ЭВМ с помощью каналов связи (проводных, радио, оптоволоконных и др.), а также каналообразующей аппаратуры и АПД, преобразующих с помощью модема, дискретные данные приборов в физические сигналы, соответствующие конкретному типу канала и реализующие обратное преобразование, а также

обеспечивающие защиту информации от случайных или преднамеренных помех, возникающих в каналах связи.

Пользователи взаимодействуют с ЭВМ, используя, например, ПУ и АП, содержащие АПД и аппаратуру обмена данными между АПД и ПУ.

Для подключения объектов или пользователей к ЭВМ система содержит большое количество каналов связи, коммутируемых через МПД, содержащий процессор, устройства ввода-вывода данных ЭВМ и каналов связи.

Функционирование всех систем телеобработки поддерживается программными средствами. Каналы связи могут обслуживать:

а). Одного абонента. Такие каналы называются не коммутируемые.

б). Нескольких абонентов в режиме разделения канала во времени. При этом МПД использует групповую АПД.

6

в). Одного, но раздельно во времени несколько абонентов, например, используя АТС.

Рис. 3

УМПД – удаленный мультиплексор передачи данных.

Подключение к ЭВМ может выполняться и по схеме рис. 3. Когда есть возможность выделить группу близко расположенных друг к другу АП, то все они подключаются к УМПД, который через высокоскоростной канал связи КС 1 соединен с МПД. Скорость передачи канала связи к.с. 2 существенно меньше скорости канала к.с. 1, что позволяет использовать канал к.с. 1 в режиме временного разделения.

Каналы связи

Основные характеристики каналов связи:

∙пропускная способность;

∙достоверность передачи данных.

Пропускная способность оценивается предельным числом битов данных, передаваемых по каналу за единицу времени (обычно за секунду).

Достоверность характеризуется вероятностью искажения битов, которая зависит от типов каналов связи, и без дополнительных средств защиты от ошибок составляет величину от 10-1 до 10-6. Причина искажения – воздействие помех, источники которых грозы и шумы крупных городов (электросмог). Такие помехи относятся к случайным помехам. Кроме них существуют также помехи, специально создаваемые человеком. Случайные помехи – импульсные, имеют тенденцию к группированию, что может исказить целую группу бит данных. Радио каналы –наименее помехоустойчивые, а волоконно-оптические – наиболее помехоустойчивые.

В отечественных каналах связи стандартизована скорость передачи данных: 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 12000, 24000, 48000, 96000

бит/секунду. Каналы до 300 бит – низкоскоростные, от 600 до 4800 – среднескоростные, от 9600 – высокоскоростные. Последние, при необходимости, могут иметь значительно большие скорости передачи данных.

7

Данные в ЭВМ и вычислительных системах представляются в виде последовательности прямоугольных импульсов. Для передачи прямоугольных импульсов по КС без искажений требуется полоса частот канала (полоса пропускания) от 0 до бесконечности. Реальные к.с. имеют конечную полосу пропускания.

Если с этой полосой не согласовать передаваемые импульсы, то они могут быть искажены до нераспознаваемости. Согласование производиться переносом данных в заданную полосу частот с помощью аппаратуры модема,

при этом модулятор модема перемещает спектр первичного канала в окрестность несущей частоты канала, а демодулятор, выполняет над сигналом обратное преобразование. Перемещение производится с помощью использования частотной, фазовой и амплитудной модуляции (рис. 4).

Рис. 4

При амплитудной модуляции производиться модуляция амплитуды несущей частоты канала f0 первичным сигналом. При частотной модуляции значения 0 и 1 двоичного сигнала передаются сигналами разных частот f0 и f1. При фазовой модуляции значениям сигналов 0 и 1 соответствуют сигналы одной частоты f0, но они отличаются по фазе (на рис. 4 отличаются на 180о).

На рисунке 5 представлены основные устройства модема, осуществляющего преобразования, показанные на рис. 4.

8

Рис. 5

ТГ – тактовый генератор; ГНЧ – генератор несущей частоты; БМ - блок модуляции; ПФ – полосовой фильтр; БДМ – блок демодуляции;

РС – регенератор сигналов; СТГ – синхронизированный тактовый генератор;

T, R - первичный сигнал и его точная копия; SТ, SR – сигнал синхронизации

Передача каждого бита данных в канал производиться синхронно, с частотой SТ, которая соответствует скорости работы канала. Сигналы SТ формируются тактовым генератором. По каждому сигналу SТ в блок модуляции БМ вводится двоичный сигнал Т, являющийся первичным сигналом. Несущая частота формируется генератором несущей частоты. Модулированная сигналом Т амплитуда несущей частоты поступает в полосовой фильтр. ПФ ограничивает

полосу частот сигнала в соответствии с верхней и нижней границами полосы канала. После этого сигнал передается по КС в демодулятор, где проходит через ПФ, выделяющий заданную полосу частот, и поступает в блок БДМ, на выходе которого формируются двоичные сигналы. Они используются также для выделения тактовой частоты канала, с которой передаются данные. Тактовая частота формируется в демодуляторе устройством СТГ, фаза и частота которого автоматически подстраиваются под фазу и частоту сигналов, поступающих с БДМ. РС формирует прямоугольные импульсы, которые являются точной копией первичных сигналов. Аппаратура модема является составной частью аппаратуры АПД.

В зависимости от направления передачи данных, каналы связи делятся

на:

∙симплексные – позволяющие передавать данные только в одном направлении;

∙полудуплексные – позволяющие передавать данные в двух направлениях по очереди;

9