- •Курс лекций по дисциплине «информационные сети»
- •Тема 1.
- •Основные понятия информационных сетей. Класс информационных сетей как открытые информационные системы
- •1.1 Возникновение понятия открытости
- •1.2 Понятие открытой системы
- •1.3 Цель создания
- •1.4 Принципы построения
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 2. Модели и структуры информационных сетей
- •2.1 Топология
- •2.2 Топология сети типа "звезда"
- •2.3 Кольцевая топология
- •2.4 Шинная топология
- •2.5 Древовидная структура
- •2.6 Смешанные топологии
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 3. Информационные ресурсы сетей
- •3.1 Передающая среда
- •3.2 Коаксиальные передающие среды
- •3.3 Передающие среды на основе витой пары проводников
- •3.4 Кабельные системы для скоростной передачи данных
- •3.5 Волоконно-оптические передающие среды Преимущества волокна
- •3.6 Физические характеристики волоконно-оптических передающих сред Основные элементы оптического волокна
- •3.7 Затухание
- •3.8 Метод доступа и кадры для сетей Ethernet
- •Метод доступа и кадры для сетей Token Ring
- •3.9 Метод доступа и кадры для сетей arcNet
- •3.10 Метод доступа и кадры для сетей fddi
- •3.11 Управляющие узлы сетей
- •3.12 Форматы представления данных
- •3.13 Система основных транспортных протоколов Internet
- •3.14 Протокол udp (User Datagram Protocol)
- •3.15 Протокол ip
- •3.16 Протокол tcp (Transmission Control Protocol)
- •3.17 Протокол rip (Routing Information Protocol)
- •3.18 Протокол arp (Adress Resolution Protocol)
- •3.19 Протокол rarp (Reverse Adress Resolution Protocol)
- •3.20 Протокол bootp (boot strap Protocol)
- •3.21 Протокол icmp (Internet Control Massage Protocol)
- •3.22 Протоколы snmp (Simple Network Management Protocol) и cmot (Common Management Information Services and Protocol Over tcp/ip)
- •3.33 Протокол slip (Serial Line Internet Protocol)
- •3.34 Протокол cslip (Compressed Serial Line Internet Protocol)
- •3.35 Протокол ppp (Point To Point connection)
- •3.36 Основные сервисы сетевой среды Internet
- •3.37 Протокол и сервис dns (Domain Name Server)
- •3.38 Сервисы прикладного назначения
- •3.39 Протокол и сервис удаленного доступа Telnet
- •3.40 Протокол http и сервис www
- •Заключение
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 4. Теоретические основы современных информационных систем. Базовая эталонная модель международной организации стандартов. Компоненты информационных сетей. Введение
- •4.1 Производительность
- •4.2 Расширяемость и масштабируемость
- •4.3 Прозрачность
- •4.4 Поддержка разных видов трафика
- •4.5 Управляемость
- •4.6 Совместимость
- •4.7 Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •4.8 Передача данных между уровнями мвос
- •4.9 Соединения.
- •4.10 Физические средства соединений
- •4.11 Порт
- •4.12 Канал
- •4.13 Компоненты информационной сети
- •Абонентская система
- •Ретрансляционная система
- •4.14 Ретрансляционные системы, осуществляющие коммутацию и маршрутизацию: Узел коммутации каналов
- •Узел коммутации пакетов
- •Узел смешанной коммутации
- •Узел интегральной коммутации
- •Коммутатор
- •4.15 Ретрансляционные системы, преобразующие протоколы Шлюз
- •Маршрутизатор
- •Объединение сетей
- •4.16 Административные системы
- •4.17 Управление конфигурацией сети и именованием
- •4.18 Обработка ошибок
- •4.19 Анализ производительности и надежности
- •4.20 Управление безопасностью
- •4.21 Учет работы сети
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 5. Моноканальные подсети и моноканал. Коммуникационные подсети. Многоканальные подсети. Циклические подсети. Узловые подсети.
- •5.1 Моноканальная сеть
- •5.2 Подсети. Маска подсети. Имена
- •5.3 Маска подсети
- •5.4 Маска подсети переменной длины
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 6. Методы маршрутизации информационных потоков
- •6.1 Маршрутизаторы
- •6.2 Одношаговый подход к маршрутизации.
- •6.3 Пакет
- •6.4 Фиксированная маршрутизация. Простая маршрутизация. Адаптивная маршрутизация.
- •6.5 Прямая и косвенная маршрутизация
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 7. Сетевые службы. Модель распределенной обработки информации. Безопасность информации. Базовые функциональные профили. Полные функциональные профили.
- •7.1 Сетевая служба ds*
- •7.2 Сетевая служба edi
- •7.3 Сетевая служба ftam
- •7.4 Сетевая служба jtm
- •7.5 Сетевая служба mhs/motis
- •7.6 Сетевая служба nms
- •7.7 Сетевая служба oda
- •7.8 Сетевая служба vt
- •7.9 Модель распределенной обработки информации
- •7.10 Технологии распределенных вычислений.
- •7.11 Распределенная среда обработки данных
- •7.12 Безопасность информации
- •7.13 Базовые функциональные профили
- •7.14 Базовый функциональный профиль
- •7.15 Коллапсный функциональный профиль
- •7.16 Полные функциональные профили
- •7.17 Открытая сетевая архитектура
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 8. Методы коммутации информации. Протоколы реализации
- •8.1 Коммутация. Коммутация каналов
- •8.2 Коммутация сообщений
- •8.3 Коммутация пакетов
- •8.4 Коммутация пакетов в виртуальных каналах
- •8.5 Выделенные аналоговые и цифровые линии
- •8.6 Каналы
- •Аналоговые каналы
- •Соотношение между скоростью, качеством и типом канала
- •Высокоскоростное подключение по цифровым каналам
- •8.7 Применяемое оборудование
- •8.8 Последовательность действий по подключению Исследование возможности и предварительное согласование параметров подключения
- •8.9 Архитектура протоколов
- •Структура связей протокольных модулей
- •8.10 Потоки данных
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 9. Методы оценки эффективности информационных сетей
- •9.1 Показатели эффективности работы сети
- •Время реакции
- •Критерии, отличающиеся единицей измерения передаваемой информации
- •Критерии, отличающиеся учетом служебной информации
- •Критерии, отличающиеся количеством и расположением точек измерения
- •9.2 Факторы, определяющие эффективность сетей
- •Коаксиальный кабель
- •Широкополосный коаксиальный кабель
- •Еthernet- кабель
- •Сheapernеt-кабель
- •Оптоволоконные линии
- •Показатели трех типовых сред для передачи.
- •9.3 Типы и частота возникновения ошибок
- •9.4 Диагностика коллизий
- •Ошибки кадров Ethernet, связанные с длиной и неправильной контрольной суммой
- •Ошибки кадров Ethernet в стандарте rmon
- •Типичные ошибки при работе протоколов
- •Несоответствие форматов кадров Ethernet
- •9.5 Потери пакетов
- •Несоответствие разных способов маршрутизации в составной сети
- •9.6 Несуществующий адрес и дублирование адресов
- •9.7 Превышение значений тайм-аута и несогласованные значения тайм-аутов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Тема 10. Сетевые программные и технические средства информационных сетей
- •10.1 Сетевые операционные системы
- •Требования к сетевым операционным системам.
- •10.2 Сети с централизованным управлением
- •10.3 Сети с децентрализованным управлением или одноранговые сети
- •10.4 Прикладные программы сети
- •10.5 Специализированные программные средства
- •10.6 Техническое обеспечение
- •10.7 Средства коммуникаций
- •10.8 Сетевые адаптеры
- •10.9 Концентратор (Hub)
- •10.10 Приемопередатчики (transceiver) и повторители (repeater)
- •10.11 Коммутаторы (switch), мосты (bridge) и шлюзы (gateway)
- •10.12 Маршрутизаторы
- •10.13 Коммутаторы верхних уровней
- •10.14 Модемы и факс-модемы (fax-modem)
- •10.15 Анализаторы лвс
- •10.16 Сетевые тестеры
- •10.17 Терминальное оборудование
- •Вопросы для самоконтроля:
Тема 5. Моноканальные подсети и моноканал. Коммуникационные подсети. Многоканальные подсети. Циклические подсети. Узловые подсети.
Моноканал – это канал, одновременно (с точностью до времени их распространения) передающий сигналы группе систем. Моноканал похож на циклические сети. Моноканал является основой моноканальной сети. Он состоит из одного или нескольких параллельно расположенных общих звеньев, блоков доступа и абонентских звеньев. В случае, если общее звено имеет несколько общих звеньев, повышается его пропускная способность и возрастает надежность передачи.
Рисунок 5.1.
Через общее звено каждый блок данных передается сразу всем абонентским системам. Создается это звено на основе витой пары, плоского кабеля, коаксиального кабеля, оптического кабеля либо радиоканала.
При больших скоростях передачи данных сигналы могут отражаться от конечных точек общего звена. В этих случаях на концах общего звена устанавливаются несложные устройства, называемые терминаторами. Чаще всего, роль терминатора выполняет резистор.
Абонентские системы осуществляют прием блоков данных из моноканала следующим образом. Каждая система, получив блок, просматривает его адрес. Направленный ей блок используется для обработки, а "чужой" для нее блок уничтожается. Благодаря этому, блок может передаваться одной, нескольким либо всем абонентским системам.
Общее звено моноканала может быть пассивным, например, состоять из коаксиального кабеля. Однако размеры такого звена ограничены. Поэтому часто используются большие активные моноканалы, содержащие повторители, обеспечивающие регенерацию (восстановление) сигналов. С другой стороны нередко оказывается удобным общее звено моноканала свернуть в группу точек:
В результате получается точечный моноканал. В нем к каждой точке подключается группа абонентских систем, взаимосвязанных выполнением определенных задач. Например, группы сотрудников, работающих в операционном зале авиакомпании. На базе точечного моноканала могут быть созданы коммутируемая локальная сеть либо ассоциация локальных сетей.
Рисунок 5.2.
В зависимости от размеров, топологии, пропускной способности и других характеристик, выделяют несколько типов моноканала: шина, магистральный моноканал, древовидный моноканал.
5.1 Моноканальная сеть
Моноканальная сеть – это локальная сеть, ядром которой является моноканал.
Моноканал в соответствии с базовой эталонной моделью взаимодействия открытых систем выполняет в сети роль физических средств соединения. Блоки доступа и абонентские звенья обеспечивают включение в сеть абонентских систем. В последних физический уровень и канальный уровень определяются характеристиками моноканала. Более высокие уровни от этих характеристик не зависят.
Выбор физических средств моноканала зависит от предъявляемых к ним требований, среди которых, в первую очередь — скорость передачи сигналов, надежность работы, стоимость средств.
Рисунок 5.3. Структура магистрального моноканала
В зависимости от способа передачи сигналов по моноканалам, последние делятся на два вида: физические и частотные. Физическим назовем канал, через который возможна одновременная передача только одного сигнала. В частотном канале за счет создания частотных полос одновременно передается группа сигналов (по каждой полосе по сигналу).
На рис. 1 изображен физический моноканал. Он строится на основе коаксиального либо оптического кабеля, скрученной пары проводов, плоского кабеля, через который одновременно направляется только один сигнал. Последний использует физическую среду полностью.
Частотный моноканал, напротив, занимает только одну полосу, в используемой физической среде. Так, на рис. 2 показана группа частотных каналов, построенных на основе широкополосного коаксиального кабеля. Для упрощения рисунка здесь изображены лишь две используемые полосы: а, б. В действительности же в кабеле создается значительное число частотных полос, на основе которых строится большое число частотных моноканалов.
На основе двух частотных моноканалов, показанных на рис. 2 образованы две не связанные друг с другом информационные сети. Первая из них охватывает абоненты A1 - M1, а вторая - А2 - М2.
Частотные моноканалы чаще всего создаются на основе коаксиальных кабелей. В этих случаях общий канал кроме собственного кабеля имеет значительное число вспомогательных технических устройств: усилителей, разветвителей и т. д.
Рисунок 5.4. Частотный моноканал
Так как они пока являются однонаправленными, это создает определенные трудности: сигналы по общему каналу передаются только в одну сторону. Вследствие этого приходится принимать специальные меры.
Первая из них заключается в том, что общий канал (рис. 2) прокладывается так, чтобы он дважды проходил мимо всех абонентских систем. Далее происходит следующее. В первой сети (полоса а, стрелки) общий канал (в верхней его части) вначале собирает информацию, передаваемую абонентами A1 - M1. Затем в нижней части канала осуществляется раздача полученной информации абонентам A1 - M1. Аналогично этому абоненты А2 - М2 передают информацию через моноканал, созданный на основе частотной полосы б.
Вторая специальная мера заключается в добавлении к общему каналу компонента, именуемого головным преобразователем (рис. 3). Его задачей является передача сигналов из одного частотного канала в другой. Появление в моноканале головного преобразователя, естественно, усложняет его структуру. Однако в этом случае общий канал не должен, как в схеме на рис. 2 дважды проходить мимо всех абонентских систем. Это позволяет вдвое сократить длину дорогостоящего кабеля.
Вместе с тем, в схеме, показанной на рис. 3 каждый частотный моноканал использует уже не одну, как на рис. 2 две частотные полосы. По одной из них (например, а) информация собирается со всех абонентских систем. По второй частотной полосе (например, б) информация раздается всем абонентским системам сети. Головной преобразователь осуществляет преобразование частот, обеспечивающее соединение пар частотных; полос, например полос а, б на рис. 3.
Рисунок 5.5. Моноканал с преобразованием частоты
В коммуникационных подсетях все шире начинают применяться оптические моноканалы. Это связано с тем, что оптическое волокно по сравнению с металлом имеет ряд важных преимуществ. К ним, прежде всего, следует отнести высокую защищенность от электромагнитных помех, малую массу и отсутствие все более дефицитной меди. Кроме того, если затухание сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, составляет 50—200 дБ/км, то в качественном оптическом волокне оно равно всего 2—5 дБ/км. Это позволяет резко повысить частоту передаваемых в моноканале сигналов и увеличить длину кабеля без повторителей и усилителей. Современные оптические кабели обеспечивают передачу данных со скоростями, превышающими 500 Мбит/с, при расстоянии между повторителями до 5 км.
Невосприимчивость к электромагнитным помехам позволяет прокладывать оптические кабели в цехах и даже возле высоковольтных электрических линий передач. На оптическое волокно не действуют даже грозовые разряды. Так как волокно не заземляется, то в нем не могут возникнуть паразитные контуры.
Масса оптического кабеля резко отличается от массы коаксиального. Так, при замене коаксиального кабеля в подсети Ethernet массой 68 кг, оказалось, что масса оптического кабеля всего 2,3—4,5 кг.
Случайный разрыв оптического кабеля, в отличие от коаксиального, не приводит к появлению искр и поэтому имеет высокую противопожарную безопасность. Важна еще одна особенность. Скорость передачи по оптическому каналу лимитируется не волокном, а электронными устройствами, передающими и принимающими световые сигналы. Поэтому часто повышение скорости в оптическом канале может быть осуществлено лишь при замене излучателей и приемников света. В противоположность этому, для повышения скорости передачи данных в коаксиальном кабеле нужно полностью заменить весь кабель.
Следует также иметь в виду, что оптическое волокно имеет сердцевину и покрытие. Энергия светового сигнала распространяется главным образом внутри сердцевины и очень мало выходит в материал покрытия. В большинстве случаев сердцевина и ее покрытие образуют неразделимую структуру, поэтому покрытие не может быть снято с сердцевины для того, чтобы получить доступ к сигналу.
Благодаря этому оптический канал хорошо защищен от несанкционированного доступа и подслушивания, а точнее говоря - подсматривание информации в оптическом канале является очень сложной проблемой.
У
Моноканал, в котором сигналы по оптическим волокнам передаются только в одном направлении, показан на рис. 4. Моноканал имеет форму звезды, исходящей из специального устройства, именуемого смесителем (СМ) сигналов. К нему от каждого блока доступа (БД) подходит два оптических волокна. Каждое из них передает сигналы в одном направлении. Задачей смесителя является передача пришедшего по одному из волокон сигнала параллельно всем волокнам, направленным к абонентским системам сети.
В большом оптическом моноканале используется группа активных смесителей, располагаемых в несколько ярусов.
Рисунок 5.6. Оптический моноканал со смесителем сигналов
В трехъярусном моноканале (рис. 5) к каждому смесителю подходит по 16 пар оптических волокон. Поэтому на первом ярусе располагается один смеситель, на втором - 16, а на третьем ярусе находится уже до 256 смесителей. Это позволяет охватывать подобной коммуникационной сетью большую территорию (десятки километров) и подключать к моноканалу до 4096 абонентских систем.
Рисунок 5.7. Трехъярусный моноканал
В оптическом моноканале с зеркальным отражателем (рис. 6) общий канал дважды проходит мимо всех абонентских систем. В каждой точке подключения абонентской системы в оптическое волокно встраивается зеркало. Благодаря ему при приеме информации световой сигнал, отражаясь от общего канала, попадает к блоку доступа (БД), а от него – к абонентской системе.
Рисунок 5.8. Оптический моноканал с зеркальным отражателем
Большое число абонентских систем, включаемых в моноканальную сеть, все возрастающие объемы информации требуют увеличения скоростей передачи блоков данных. Эта задача может быть решена созданием многоканальных моноканалов.
Первый способ повышения скорости передачи данных заключается в создании не одного, а нескольких общих каналов. Так, на рис. 7 показан моноканал, содержащий три общих канала (1, 2, 3). Однако следует отметить, что несмотря на наличие нескольких каналов, здесь не возникает, как в узловой подсети, проблема маршрутизации информации. В рассматриваемом моноканале выбирается не маршрут передачи, а номер общего канала. И несмотря на наличие нескольких каналов осуществляется, как обычно, селекция (выбор по адресам назначения) принимаемых блоков информации.
Рисунок 5.9. Трехканальный моноканал
Второй способ повышения скорости передачи информации заключается в создании иерархии моноканалов. Сущность этого способа иллюстрируется схемой, показанной на рис. 8. В сети функционирует 18 абонентских систем (А - Т). Однако они подключены не к одному, а к шести моноканалам (1—6).
Рисунок 5.10. Иерархия моноканалов
В рассматриваемой сети в большинстве случаев взаимодействующие системы передают данные соответственно через свои моноканалы 1, 2, 4, 5, 6. Что касается моноканала 3, то он используется только тогда, когда необходимо взаимодействие систем, подключенных к разным моноканалам.
В результате использования иерархии моноканалов можно резко повысить скорость передачи информации.