- •Кафедра «Информационные технологии»
- •Лекции 10, 11
- •1.История развития компьютерных сетей
- •Самюэль Морзе (нью-йоркский художник) – 1837,
- •Воздушные и кабельные линии связи тех лет позволяли передавать телеграфные сигналы на 10-100
- •Телефонный аппарат фирмы Ericsson
- •Т.к. переменный ток звуковой частоты, вырабатываемый микрофоном телефонного аппарата, очень слаб, радиус действия
- •Изобретение электронных ламп в начале XX века и развитие радиотехники сделало телефонию междугородной
- •Изобретение радио
- •1896 г. - аналогичное устройство в Лондоне представил Гульельмо Маркони (1874-1937).
- •Приоритет Попова в изобретении радио?
- •Вопрос о приоритете Попова в изобретении радио
- •1.2. Основные понятия теории передачи сообщений
- •В 1936 г. Клод Шеннон закончил Мичиганский университет (бакалавр электротехники и математики) и
- •Понятие информация (information) относится к числу первичных, неопределимых строго понятий, в общем случае
- •Для того, чтобы информацию можно было передавать, хранить и обрабатывать, она должна быть
- •В технике связи рассматриваются вопросы передачи любых сообщений (телефонных, телеграфных, факсимильных, телевизионных, …).
- •Т.к. практически все современные автоматические устройства хранят и обрабатывают данные в двоично-кодированном виде,
- •Наиболее общая модель системы передачи сообщений, предложенная Шенноном
- •Источник (человек или ООД) формирует сообщение m, которое преобразуется в электрический сигнал s(t).
- •Перенос сигнала из одной точки пространства в другую осуществляет канал электросвязи (channel), который
- •Передача сообщений от источника к приемнику
- •Например:
- •Любой канал электросвязи предназначен для передачи сигналов определенного вида, с этой точки зрения
- •В простейшем случае значащих позиций две, такой сигнал - двухпозиционный, он самым естественным
- •Преобразование четырехпозиционноного сигнала в двухпозиционный
- •Аналоговый сигнал в отличие от цифрового представляется непрерывной функцией времени s(t), такие сигналы
- •Спектр реальных сигналов не бесконечен, а занимает некоторую полосу частот (fmin , fmax
- •Каналы электросвязи: аналоговые и цифровые (по виду передаваемых сигналов).
- •Вторая важная характеристика аналогового канала – уровень помех, измеряется отношением мощности сигнала S
- •Цифровые каналы характеризуются скоростью передачи данных (в бит/с). Исторически первый и самый медленный
- •Важная характеристика цифрового канала -допустимая частота (коэффициент) ошибок.
- •Передача аналогового сигнала по
- •Преобразование аналогового сигнала в
- •Качество преобразования существенно зависит от выбора T и M. Очевидно, чем быстрее меняется
- •На основании теоремы отсчетов установлены
- •Передача цифрового сигнала по аналоговому каналу
- •Простейший вид непрерывного периодического
- •При простой модуляции скорость передачи данных
- •2. Предыстория компьютерных сетей: телеобработка и сети
- •Содной стороны, сети передачи данных -
- •2.1. Поколения компьютерных сетей (КС)
- •2-е поколение (1970-е гг.) – подключение компьютеров друг к другу. Территориальные
- •Для удешевления сетей связи -принцип коммутации каналов. Пример – телефонная сеть: 4 узла
- •Узел 1, чтобы передать данные узлу 7, сначала
- •Многотерминальная система – прообраз КС
- •С появлением мини-компьютеров - возможность управления технологическим оборудованием, другие задачи уровня отдела предприятия
- •2-е поколение - вместо телетайпов - электронные
- •Пример коммутации каналов – установление
- •Пример коммутации каналов – задержки
- •2-е поколение - по схеме с коммутацией каналов в 1970-е гг. было создано
- •Пример КС 2-го поколения - сеть Cybernet
- •3-е поколение (1980-2000-е годы) –
- •3. Сети пакетной коммутации – от ARPAnet до Интернет
- •Эксперименты, проведенные в 1964-66 гг. по заказу ARPA в MIT показали:
- •Принцип коммутации сообщений и пакетов
- •Принцип коммутации сообщений и пакетов – работа маршрутизатора
- •Особенности принципа коммутации сообщений
- •Проблемы систем с коммутацией сообщений
- •Проблемы систем с коммутацией сообщений
- •Разбиение сообщения на пакеты уменьшает время
- •Если сообщение передается целиком, то трансляция
- •Сеть ARPAnet (1970-е годы)
- •29 октября 1969 г.
- •Принципы ARPAnet, оказались удачными; развитие сети: 1971 г. - 15 узлов, 1972 г.
- •Развитие сетей пакетной коммутации
- •Развитие КС пакетной коммутации – проблема:
- •Возможные выходы:
- •Выход 1: 1976 г. - группа ведущих производителей сетевого оборудования и телефонных компаний
- •Возникновение Internet (1980-е годы)
- •Сотрудничество Р. Кана и В. Серфа: 1974 г. - опубликована 1-я версия семейства
- •Internet (одно из возможных определений) – глобальное сообщество сетей различной
- •1980-е годы – бурный рост Internet:
- •Когда число участников Internet увеличилось до сотен, Пентагон «отгородился» от чужих пользователей -
- •За последующие 8 лет NSF вложил в NSFnet 200 млн. долларов, магистраль выросла
- •Коммерциализация Internet (1990-е годы)
- •Коммерциализация Internet (1990-е годы)
- •4. Web-технологии
- •Для реализации идеи Буш предлал построить фото- электромеханическую (еще не было электронных компьютеров)
- •Хотя проект Memex так и не был осуществлен, он вдохновил последователей – Теда
- •В одной из своих ранних статей "Информационные системы будущего" Тед Нельсон писал:
- •Принципы построения гипертекста
- •Принципы построения гипермедиа
- •Система NLS. Первую работающую гипертекстовую систему создал в 1965-68 г. Дуглас Энгельбарт (изобретатель
- •Система NLS - для организации коллективной работы группы людей, связанных общими интересами. Основным
- •HyperCard. Одной из первых документальных гипертекстовых систем для персональных компьютеров, была система HyperCard,
- •Windows Help. Близкую по духу гипертекстовую документальную базу применила фирма Microsoft в качестве
- •Lotus Notes. Две предыдущие системы относились к разряду персональных, рассчитанных на одного пользователя.
В простейшем случае значащих позиций две, такой сигнал - двухпозиционный, он самым естественным способом отображает поток битов в двоичнокодированном сообщении.
Любой многопозиционный сигнал легко преобразовать в двухпозиционный, для этого нужно пронумеровать позиции и каждую из них закодировать двоичным числом с соответствующим числом разрядов. Например, нулевая позиция в четырехпозиционном сигнале может иметь код 00, первая - код 01 и т.д.
31
Преобразование четырехпозиционноного сигнала в двухпозиционный
Величина B = 1 / T (показывает, сколько единичных элементов цифрового сигнала передается в 1 с) - скорость манипуляции,
измеряется в бодах, в честь французского инженера, изобретателя системы одновременной работы телеграфных аппаратов по одной паре проводов Жана Бодо (1845-1903).
По скорости манипуляции легко вычислить
скорость передачи данных цифровым сигналом С (бит/с). Для двухпозиционного сигнала она совпадает со скоростью манипуляции, а для M-позиционного вычисляется по формуле
33
C = B log2 M.
Аналоговый сигнал в отличие от цифрового представляется непрерывной функцией времени s(t), такие сигналы - радиовещание, телефония, телевидение.
Любой непрерывный сигнал можно представить в виде суммы некоторого числа простейших
синусоидальных колебаний (гармоник) с различными частотами f и соответствующими амплитудами A(f). Функция A(f) - спектральная функция или просто спектр данного сигнала, показывает, с какой силой «звучит» данная гармоника в сигнале.
34
35
Спектр реальных сигналов не бесконечен, а занимает некоторую полосу частот (fmin , fmax ).
Например, звуки речи: от 50-100 Гц до 8-10 кГц, но для разборчивого воспроизведения разговора достаточна полоса частот от 300 до 3400 Гц.
Спектр сигналов для передачи музыки гораздо
шире. Т.к. человеческое ухо воспринимает звуки от 20 до 20 000 Гц, то система качественной трансляции музыкальных программ должна обеспечивать передачу этих частот.
Рекорд по ширине спектра - телевизионный
сигнал, полоса частот (0, 6 МГц) - почти в 2 000 раз шире спектра телефонного сигнала36 .
Каналы электросвязи: аналоговые и цифровые (по виду передаваемых сигналов).
Аналоговые каналы характеризуются прежде всего полосой пропускания (спектром частот, передаваемых данным каналом). Основным
видом такого канала является стандартный
канал тональной частоты (ТЧ) - предназначен для передачи одного телефонного разговора.
По международным стандартам, стандартный канал ТЧ должен пропускать частоты от 300 до
3400 Гц, т.е. ширина полосы этого канала 3100 Гц. Именно такую полосу гарантируют
операторы телефонной связи всех видов.
37
Вторая важная характеристика аналогового канала – уровень помех, измеряется отношением мощности сигнала S к мощности шума N на выходе канала. Для хороших каналов ТЧ:
S / N > 106,
но в реальных условиях на наших телефонных линиях как правило меньше.
По стандартному каналу ТЧ невозможно передать качественный звук, а тем более телевизионный сигнал. Для этого необходимы широкополосные
каналы, пропускающие частоты до нескольких МГц, но содержание таких каналов для дальней связи
стоит очень дорого.
38
Цифровые каналы характеризуются скоростью передачи данных (в бит/с). Исторически первый и самый медленный - стандартный телеграфный канал, рассчитан на передачу всего 75 битов в секунду.
Современные требования к цифровым каналам.
Международными рекомендациями установлена иерархия скоростных цифровых каналов. В качестве базового определен канал со скоростью передачи 64 кбит/с, достаточный для передачи оцифрованной речи и в этом смысле эквивалентный аналоговому каналу ТЧ. 32 базовых канала образуют первичный канал со скоростью передачи 2048 кбит/с (обозначается E1), 4 канала E1 образуют вторичный канал E2 со скоростью 8 Мбит/с и т. д. вплоть39 до
нескольких Гбит/с.
Важная характеристика цифрового канала -допустимая частота (коэффициент) ошибок.
При передаче телеграмм раньше допускался коэффициент ошибок 10-2-10-3, в настоящее время при пересылке больших массивов компьютерных данных - не более 10-8 -10-9.
До 1990-х гг. скоростные цифровые каналы были доступны только компаниям, профессионально занимающимся телекоммуникационным бизнесом (дорого). Сейчас - цифровой канал может арендовать «средняя» фирма или организация.
40