Geum.ru

Лекция 1/1 Основы телекоммуникаций и компьютерных технологий

Вид материалаЛекция

Содержание


Технологии передачи данных по электрическим сетям
Таким образом, возможные эффективные варианты использования связного процессора связаны с выполнением следующих функций
Асинхронная коммуникация в режиме в режиме электронной почты.
Подобный материал:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   17

DOCSIS 2.0


Трудности периода реконструкции сетей (прежде всего — шумы высокой интенсивности в обратном канале) заставили ускорить переход ко второму поколению стандарта DOCSIS, обладающего преимуществами, которые стали актуальными:
  • более высокая помехоустойчивость,
  • втрое большая пропускная способность обратного канала.

DOCSIS 3


В ближайшем будущем в дополнение к расширению зоны покрытия, произошедшему в результате реконструкции сетей, компания планирует начать предоставление услуг телефонной связи и мультимедийных сервисов. Конечно это приведет и существенному повышению объемов потребляемого трафика.

технические возможности которого будут существенно выше современного, например, пропускную способность одного прямого канала намечено увеличить до 200, а обратного — до 100 МБит/сек.

Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым, увеличивая скорость. Объединяются 4 прямых и 6 обратных. Технические возможности будут существенно выше современного, например, пропускную способность одного прямого канала намечено увеличить до 200, а обратного — до 100 МБит/сек.


Кабельные IP-сети традиционно считаются средой с плохой защитой передаваемых данных. Около 11% пользователей кабельных сетей США получают услуги нелегальным образом.

Рост проблем ускоряется активным распространением информации об уязвимых местах технологии DOCSIS в прессе и на сайтах Интернет. Известно, что запреты на подобные публикации не дадут должного эффекта. Единственно действенный способ борьбы — техническая защита сети. В спецификациях DOCSIS заложено множество механизмов защиты, использование которых позволяет поддержать не меньшую безопасность и надежность передачи данных, нежели в других сетях доступа.
  1. Технологии передачи данных по электрическим сетям


Технология PLC (Power Line Communications) применяется для создания высокоскоростной среды передачи данных по силовым электрическим кабелям. Для внедрения такой системы не требуется постройка дополнительной инфраструктуры, так как электропроводка существует в любом здании и помещении. С помощью специальных устройств (они трансформируют сигнал) доступ к различным информационным и телекоммуникационным сетям может быть обеспечен через обычную комнатную розетку. При этом, как показали испытания, передача данных «через розетку» не будет влиять на общую систему энергоснабжения — так называемые «силовой» и «информационный» потоки проходят независимо друг от друга. Внешнее оборудование доступа располагается на локальной трансформаторной подстанции, где и подключается к телефонной сети или IP-магистрали. Внутри зданий, в свою очередь, размещаются внутренние PLC-контроллеры, которые организуют абонентскую сеть. Пользователь для подключения к информационной магистрали использует специальные адаптеры, которые включаются в розетки сети электропитания. Адаптеры имеют набор стандартных интерфейсов типа USB, RS-232, Ethernet и др. для подключения различных терминалов: компьютеров, факсов, телефонов.

Преимущества PLC огромны: технология не требует наличия кабельных сетей и, следовательно, дорогостоящих работ, связанных с прокладкой дополнительного кабеля; обеспечивает предоставление услуг практически во всех местах, где есть электропроводка; работает на основе относительно недорогого оборудования, что обеспечивает низкие начальные капиталовложения; очень быстро развертывается; предоставляет возможность не только высокоскоростного доступа в Интернет, но и телефонной связи (локальной, с выходом в городские телефонные сети), а также возможность управления «интеллектуальным домом» (автоматическое снятие показаний различных счетчиков, дистанционный мониторинг, сигнализация, выставление счетов и др.).

При подключении к сети компьютеров удается организовать доступ в Интернет на скоростях до 400 Мбит/с. Динамично внедряет PLC ведущий поставщик электроэнергии в Германии компания RWE. Аналогичные проекты запущены в Италии, Шотландии и Швеции.

В США развитие новой технологии сдерживается как местной спецификой энергетической инфраструктуры, так и широкой распространенностью других средств широкополосной связи. Впрочем, и здесь делаются попытки построить системы связи поверх электрических сетей "среднего напряжения", в первую очередь для организации так называемых домашних сетей. Над развитием технологии powerline работают такие компании, как Cisco, Motorola и Sharp.

Трудности для развития сети в России определяются тем, что наша электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают худшей электропроводностью, что приводит к более быстрому затуханию сигнала. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих пор не решены основные вопросы нормативно-правового регулирования использования таких технологий. Основным фактором, сдерживающим быстрое развитие высокоскоростных систем PLC, является отсутствие стандартов на широкополосные PLC-системы, и, как следствие, большой риск несовместимости с другими службами, использующими те же или близкие диапазоны частот. В 2001 году международный консорциум HomePlug Powerline Alliance принял отраслевой стандарт для построения домашних сетей через линии бытовой электропроводки — спецификацию HomePlug 1.0. Но этот стандарт регламентирует построение «домашних» сетей, то есть сетей в пределах одной квартиры (коттеджа).

  1. Системы телеобработки данных


Системы телеобработки данных (СТОД), весьма популярные и распространенные в 70-х годах, являются прообразом вычислительных сетей и применяются:
    • для дистанционного централизованного решения задач абонентов;
    • для сбора данных, которые считываются на абонентских пунктах (АП) с промежуточного носителя или с дисплея и передаются в компьютер;
    • при выдаче справок: компьютер обрабатывает запрос, полученный с АП; ответ отсылается на АП;
    • для решения задач, связанных с коммутацией сообщений: данные вводятся с одного АП и почти без обработки выводятся на другой АП;
    • для управления компьютером, когда АП используется в качестве пульта оператора компьютера.

Поскольку технические средства, применяемые в системах телеобработки, аналогичны тем, которые применяются в сетях, рассмотрим их использование в СТОД несколько подробнее.

Под техническими средствами телеобработки понимается совокупность технических средств системы, обеспечивающих ввод данных в систему, передачу данных по каналам связи, сопряжение каналов связи с компьютером, обработку данных и выдачу конечных данных абоненту.

Наряду с техническими средствами для осуществления режима телеобработки у компьютера должно иметься и достаточно сложное программное обеспечение, выполняющее такие функции, как:
  • обеспечение работы компьютера в различных режимах телеобработки;
  • управление сетью телеобработки данных;
  • управление очередями сообщений;
  • редактирование сообщений и работа с ошибочными сообщениями и т. п.

Телеобработка информации является основным режимом обработки данных в вычислительных центрах коллективного пользования.

Телеобработка данных может быть реализована в одном из двух режимов:
  • в режиме пакетной обработки (offline);
  • в диалоговом режиме (online).

Любая система телеобработки информации включает в себя как минимум четыре основные группы технических средств:
  • электронную вычислительную машину (одну или несколько);
  • аппаратуру передачи данных (АПД);
  • устройство сопряжения (УС) компьютера с аппаратурой передачи данных (линейные адаптеры, мультиплексоры передачи данных, связные процессоры, осуществляющие электрическое и логическое согласование работы машины и АПД;
  • абонентские пункты (АП), осуществляющие взаимодействие абонента с системой и обеспечивающие ввод и вывод данных в систему.

Более разветвленные системы телеобработки информации могут включать в себя также устройства удаленного согласования (УУС) — поочередного или одновременного подключения разных абонентов к одному каналу связи за счет использования различных способов уплотнения передачи информации: коммутаторы, концентраторы, удаленные мультиплексоры, периферийные связные процессоры.

Блок-схема типовой СТОД показана на рис.6




Рис. 6 Блок-схема типовой СТОД


Устройства сопряжения могут быть различными.

Линейные адаптеры — это одноканальные устройства сопряжения, обеспечивающие согласование канала ввода-вывода компьютера с одним каналом передачи данных. Они выполняют следующие функции:
  • согласование формы и амплитуды электрических сигналов компьютера и АПДц а последовательно-параллельное и обратное ему преобразование данных;
  • распознавание, введение и устранение служебных синхронизирующих сигналов, обнаружение ошибок в принимаемых сигналах — контроль достоверности их формы.

Все указанные функции линейные адаптеры реализуют, как правило, схемным: путем, поэтому их сложность с увеличением количества выполняемых функцийсущественно растет. Для каждого типа каналов связи (телефонных и телеграфных, коммутируемых и некоммутируемых, широкополосных) выпускаются свой адаптеры. В современных СТОД и вычислительных сетях линейные адаптеры в автономном варианте используются редко, обычно они включаются в составе более развитых устройств.

Мультиплексоры передачи данных (МПД) или групповые адаптеры — это многоканальные устройства согласования. Помимо функций, выполняемых линейными адаптерами, они реализуют:
  • поочередное подключение разных терминальных устройств и работу с ними
  • обмен информацией с компьютером по его командам;
  • промежуточное накопление и хранение (буферизацию) данных;
  • преобразование кодов данных, контроль достоверности данных с обнаружением, а иногда и с автоматическим исправлением ошибок;
  • контроль работоспособности устройств согласования.

МПД бывают непрограммируемые и программируемые. Непрограммируемый (аппаратные) реализуют свои функции схемным путем, что обусловливает их специализацию по отношению к структуре информационной сети и протокола ее работы — возможна лишь подстройка аппаратных МПД к различным типаж АПД путем замены линейных адаптеров, входящих в состав мультиплексоров. Программируемые МПД адаптируются (подстраиваются) к разнообразным, и сложным, информационным сетям, отличающимся по скорости передачи данных, используемым кодам и форматам сообщений, режимам обслуживания абонентов, протоколами управления обменом данными и т. д., программным путем. Развитые МПД этой группы имеют оперативную и постоянную память, устройство управления и арифметико-логическое устройство, то есть их структура подобна структуре компьютера и они могут выполнять некоторые логические и арифметические преобразования информации.

Связные процессоры по сути представляют собой микрокомпьютеры, оснащенные программными средствами и сменными линейными адаптерами, обеспечивающими сопряжение их с АПД, основным компьютером, а иногда и с ВЗУ большой емкости.

Целесообразность применения связного процессора совместно с высокопроизводительным основным компьютером обусловлена следующим. Управление сложной системой телеобработки данных, а тем более сетью, требует обработки большого числа обращений в режиме реального времени, то есть связанных с прерыванием вычислений и обслуживанием этих прерываний, что резко снижает производительность компьютера. Согласно статистике, компьютер затрачивает до 75% своего времени на управление сложной сетью, при этом МП загружается незначительно. Связной процессор берет на себя реализацию почти всех функций управления сетью, тем самым высвобождая дорогостоящее время основного компьютера. Кроме того, связной процессор значительно увеличивает гибкость системы путем программной настройки устройства согласования. Наконец, удаление связного процессора от компьютера к периферии (удаленный связной процессор) позволяет для решения несложных задач приблизить вычислительные мощности к абонентам и тем самым снизить загрузку каналов передачи данных.

Таким образом, возможные эффективные варианты использования связного процессора связаны с выполнением следующих функций:
  • сопряжение основного компьютера с АПД, управление процедурами обмена данных между компьютером и абонентами (связной процессор устанавливается в этом случае рядом с основным компьютером и часто называется входным процессором);
  • накопление и уплотнение (сжатие) данных и увеличение скорости передачи по каналам связи данных, поступающих от низкоскоростных терминалов (связной процессор устанавливается на противоположной от компьютера стороне системы передачи данных и его называют удаленным связным процессором);
  • выполнение тривиальных приложений непосредственно у абонента, а также предварительная первичная обработка и группировка данных и передача промежуточных результатов на основной компьютер для их дальнейшей обработки по сложным алгоритмам (связной процессор входит в состав абонентского терминального комплекса и называется периферийным процессором);
  • локальное управление работой непосредственно к нему подключенных терминалов (связной процессор устанавливается у абонента и называется управляющим периферийным процессором).

В состав устройств удаленного согласования, как уже упоминалось, могут входить: коммутаторы, концентраторы, удаленные МПД, удаленные процессоры.В СТОД обычно используются простейшие коммутаторы и концентраторы.

Коммутаторы, наиболее простые их них, служат для поочередного подключения нескольких входных каналов связи к одному выходному без изменения скорости передачи. Следует сказать, что сложные сетевые устройства коммутации (сетевые! коммутаторы), названные выпускающей их фирмой коммутаторами, часто выполняют значительно больший объем функций, в том числе свойственных концентраторам, маршрутизаторам и связным процессорам.

Концентраторы осуществляют переключение потока данных из канала (каналов) на другой (другие). В СТОД концентраторы, являющиеся устройствами удаленного согласования, обычно переключают потоки данных от нескольких низкоскоростных каналов на меньшее число более скоростных методом асинхронно-временного уплотнения.

ПРИМЕЧАНИЕ:

В настоящее время нет устоявшейся терминологии относительно понятий коммутатор, концентратор (Hub), повторитель (Repiter), мост (Brige). В компьютерных сетях используются коммутаторы и концентраторы пакетов данных. При этом: обычно под концентратором имеется в виду простейшее коммутирующее устройство (типа классического коммутатора), а под коммутатором — более сложное интеллектуальное устройство, выполняющее логическое соединение канала, передающего пакет, с каналом, обеспечивающим доступ к приемнику, для которого этот пакет в соответствии со своим заголовком (адресной частью) предназначен.

Удаленные мультиплексоры (в дополнение к функциям их не удаленных собратьев) осуществляют объединение нескольких низкоскоростных каналов связи один более скоростной методом частотного, временного (чаще синхронного) кодового уплотнения.

Таким образом, коммутаторы выполняют процедуру переключения каналов, не! затрагивая структуры данных, в то время как концентраторы и мультиплексоры могут осуществлять коммутацию данных с некоторым преобразованием последних.

При частотном уплотнении каждому абоненту в широкополосном канале отводится своя узкая полоса частот, на которой он может передавать данные; на выходе широкополосного канала стоят частотные фильтры, настроенные каждый на свою полосу, которые вновь разделяют информацию абонентов.

При синхронном временном уплотнении каждому абоненту, вне зависимости от того, работает он или нет, отводятся в скоростном канале свои жесткие, циклически повторяющиеся временные интервалы для передачи данных.

При асинхронном временном уплотнении временные интервалы для передачи данных по скоростному каналу предоставляются абонентам в соответствии с поступающими от них запросами.

При кодовом уплотнении выполняется модуляция данных псевдослучайным шумовым сигналом и сжатие информации путем применения специальных кодов, например форматов MPEG, GIF, TIFF и т. д.

Мультиплексоры с частотным и кодовым уплотнениями могут работать совместно с концентраторами, так как они хорошо дополняют друг друга, и их совместное использование позволяет еще больше уплотнить передаваемые данные. Абонентский пункт (АП) представляет собой комплекс терминальных устройств, с помощью которых пользователь (абонент) системы телеобработки данных может вводить в систему и получать из системы всю необходимую информацию. Для этой цели АП содержат аппаратуру для ввода, вывода, передачи, а иногда и подготовки, несложной обработки, хранения и автономной распечатки данных. В качестве аппаратуры ввода-вывода в разных типах АП применяются самые разнообразные устройства, отличающиеся типом носителя, скоростью работы, способом связи с оператором. Наибольшее распространение среди них получили клавиатуры, телетайпы, пишущие машинки, дисплеи, быстродействующие устройства цифровой и буквенно-цифровой печати.

На базе АП строятся автоматизированные рабочие места специалистов (АРМ). АП, включающие в свой состав аппаратуру обработки данных (МП или ПК), называются интеллектуальными. Система телеобработки в этом случае представляет собой типичную локальную вычислительную сеть (радиальной топологии). Аппаратура передачи данных состоит из следующих устройств:
  • устройства преобразования сигналов (УПС);
  • устройства защиты от ошибок (УЗО);
  • вызывные устройства.

УПС преобразует сигналы, поступающие от терминального оборудования, в вид, пригодный для их передачи по используемым каналам связи, и наоборот, сигналы, поступающие по каналу связи, преобразует к виду, воспринимаемому терминальной аппаратурой. В качестве УПС обычно используются модемы и сетевые карты — они подробнее рассмотрены несколько ниже.

УЗО вводятся в систему для обеспечения достоверности передачи информации — они реализуют процедуры обнаружения и, реже, автоматического исправления ошибок. Обнаружение ошибок осуществляется либо посредством анализа формы поступившего сигнала, либо путем арифметического подсчета контрольных символов, дополнительно введенных по разным алгоритмам в передаваемую информацию (информационная избыточность). Использование информационной избыточности во многих случаях оказывается предпочтительнее, так как обеспечивает большую обнаруживающую способность, а иногда позволяет осуществить и автоматическое исправление ошибок (см. раздел «Помехозащищенное кодирование информации» главы 20 «Качество и эффективность информационных систем»).

Вызывные устройства необходимы в АПД только при работе по коммутируемым каналам связи для соединения с вызываемым абонентом. Такие устройства могут быть ручными и автоматическими.

  1. Асинхронная коммуникация в режиме в режиме электронной почты.

До недавнего времени «три кита» обусловливали популярность Интернета:
  • электронная почта (e-mail), позволяющая в считанные минуты переслать сообщение из одного пункта Сети в другой, удаленный на десятки тысяч километров. При этом электронное письмо может содержать как текстовые, так и звуковые, и графические, и программные файлы; может отправляться в лю-1 бое время дня и ночи, доставляться до востребования в «электронный почт вый ящик» (вплоть до сообщений самым высокопоставленным государственным и деловым деятелям); посылаться сразу по многим адресам (при рекла товара, например); по электронной почте, используя сеть USENET, моя получать самые свежие мировые новости, читать сообщения в телеконференциях и участвовать в проходящих там обсуждениях; можно совершать бинес-сделки (заказывать товар и оплачивать его);
  • служба FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов), позволяющая перемещать файлы с одного компьютера на другой;
  • служба Telnet, обеспечивающая интерактивный доступ к удаленному компьютеру.

Но причинами наиболее стремительного взлета популярности сети Интернет стали:
  • возможность работы с этой сетью не с помощью командной строки ОС UNIX а используя программы Windows и средства мультимедиа;
  • появление технологии WWW (World Wide Web — Всемирная паутина, иначе, всемирная информационная сеть).

WWW позволяет не только путешествовать по всему свету, наслаждаясь достоинствами мультимедийных технологий, удобно использовать все средства Сети, и, что особенно важно, углубленно погружаться в избранную проблему с помои технологии гипертекста. Функции, частично аналогичные WWW, выполняет технология Gopher, но в ней применена концепция меню. В меню перечисляется информация по различным темам, подобно тому, как это делается в оглавлении. Строка меню представляет либо тематические подменю, либо файлы. Таким образом пользователи могут легко найти, а выбрав строку меню, и прочитать, файлы, имеющиеся на серверах сети, где бы они не находились. Gopher поддерживает разные типы файлов — текстовые, звуковые, программные и т. д. Прежде чем рассмотреть некоторые технологии более подробно, познакомимся с укрупненной классификацией услуг, предоставляемых Интернетом. Услуги Интернета можно условно разделить по временному интервалу получения информации на сервисы отложенного ответа, сервисы непосредственно прямого обращения и сервисы интерактивного взаимодействия. Услуги, относящиеся к группе отложенного ответа, наиболее распространены (режим offline), они универсальны и наименее требовательны к ресурсам компьютера и к каналам связи. Основной признак этой группы — запрос и ответ на него (получение информации по запросу) могут быть существенно разделены во времени.

Услуги прямого обращения характеризуются тем, что информация по запросу возвращается немедленно, но от получателя информации неотложной реакции не требуется — он может прочитать ее в любой удобный для него момент времени.

Интерактивные услуги подразумевают безотлагательное получение ответа на запрос и требуют незамедлительной реакции на полученную информацию.