Стислий конспект лекцій з дисципліни "Телекомунікаційні та інформаційні мережі" (тім) (програма бакалаврського мінімуму) Лектор доц. В.І. Тіхонов
| Вид материала | Конспект |
- Конспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2010, 2423.29kb.
- Конспект лекцій з дисципліни "Інформаційні системи та технології у фінансових установах", 1112.81kb.
- Назва модуля: Інформаційні системи в менеджменті Код модуля, 40.82kb.
- Робоча навчальна програма з дисципліни «Політичні комунікації» Укладач: к філол н.,, 310.09kb.
- Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106 „Екологія,, 1393.76kb.
- Виконавці, 499.61kb.
- Конспект лекцій по дисципліні Інформаційні моделі "великих" систем, 1986.92kb.
- Дисципліна «Финанси» Довідник з дисципліни Для спеціальностей 0104, 0105, 0106, 0100, 539.85kb.
- Робоча навчальна програма дисциплiни " планування та проектування інформаційних систем", 115.77kb.
- Конспект лекцій Удвох частинах Частина 1 Суми, 2323.63kb.
Рис. 1
Оконечной точкой телекоммуникационной сети выступает либо телекоммуникационный разъем (так называемый сетевой интерфейс), к которому подключается устройство пользователя, либо оконечное сетевое оборудование (межсетевой интерфейс), обеспечивающее сопряжение сетей. Основной задачей телекоммуникационной сети является предоставление качественного транспортного сервиса при переносе информации в пространстве, а именно: требуемой среды передачи, заданной ширины полосы пропускания, качества передачи сигналов, скорости передачи и т. п. В англоязычной литературе, подчеркивая именно этот аспект, телекоммуникационную сеть называют Carrier Network (сеть-переносчик).
1.2. Эффективность транспорта информации
в телекоммуникационных сетях
Телекоммуникационные сети принято оценивать рядом показателей, отражающих в целом возможность и эффективность транспортировки информации. Возможность транспортировки информации в телекоммуникационной сети связана со степенью ее работоспособности во времени, т. е. выполнения заданных функций в установленном объеме на требуемом уровне качества в течение определенного периода эксплуатации сети или в произвольный момент времени.
Работоспособность сети связана с понятиями надежности и живучести. Различия этих понятий обусловлены, прежде всего, различиями причин и факторов, нарушающих нормальную работу сети, и характером нарушений.
Надежность сети связи характеризует ее свойство обеспечивать связь, сохраняя во времени значения установленных показателей качества в заданных условиях эксплуатации. Она отражает влияние на работоспособность сети главным образом внутренних факторов – случайных отказов технических средств, вызываемых процессами старения, дефектами технологии изготовления или ошибками обслуживающего персонала. Показателями надежности являются, например, отношение времени работоспособности сети к общему времени ее эксплуатации, вероятность безотказной связи, число независимых путей передачи информационного сообщения, которые могут быть использованы между парой пунктов и т. д.
Живучесть сети связи характеризует ее способность сохранять полную или частичную работоспособность при действии причин, кроющихся за пределами сети и приводящих к разрушениям или значительным повреждениям некоторой части ее элементов (пунктов и линий связи). Подобные причины можно разделить на два класса: стихийные и преднамеренные. К стихийным факторам относятся: землетрясение, оползни, разливы рек и т.п., а к преднамеренным – ракетно-ядерные удары противника, диверсионные действия и др.
Живучесть сети могут характеризовать такие показатели как: вероятность того, что между любой заданной парой пунктов сети можно передать ограниченный объем информации после воздействия поражающих факторов; минимальное количество пунктов, линий сети (или тех и других), выход из строя которых приводит к нарушению связности сети относительно произвольной пары пунктов; среднее число пунктов, остающихся связными при одновременном повреждении нескольких линий связи и др.
^ Пропускная способность. В тех случаях, когда сеть не может обслужить (реализовать) предъявляемую нагрузку, говорят об объеме реализованной нагрузки в сети. Величина реализованной сетью нагрузки определяет ее пропускную способность и в ряде случаев может быть оценена количественно априори. Например, можно оценить величину максимального потока информации, который можно пропустить между некоторой парой пунктов (источник-сток), или определить пропускную способность сечения сети, являющегося самым узким местом при разделении сети между источником и стоком на две части. Оценка пропускной способности сети в значительной степени связана с параметрами качества обслуживания, так как реализация предъявляемой нагрузки должна осуществляться с заданными параметрами качества.
^ Качество обслуживания определяется совокупностью показателей (таких как скорость передачи информации, полоса пропускания сигналов, вероятность ошибок и т. п.), определяющих степень соответствия телекоммуникационной сети нормам эксплуатации и требованиям пользователей.
^ Рентабельность и стоимость. Телекоммуникационная сеть рентабельна, если затраты на ее организацию и обеспечение работоспособности окупаются доходом от предоставления услуг пользователям. Основной экономической характеристикой сети являются приведенные (общесетевые) затраты, которые определяют ее стоимостью с учетом эксплуатации и управления.
^ 1.3 Информационное сети
Понятие «информационная сеть» (в отличие от понятия «телекоммуникационная сеть») является более емким и отражает все многообразие информационных процессов, выполняемых в сети при взаимодействии оконечных систем через телекоммуникационную сеть. Телекоммуникационная сеть, таким образом, в составе информационной сети выполняет функции транспортной системы, посредством которой осуществляется перемещение потоков пользовательской и служебной информации, порождаемой информационными процессами.
В общем случае под информационной сетью как физическим объектом следует понимать совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем, объединенных телекоммуникационной сетью, посредством которой обеспечивается взаимодействие прикладных процессов, активизируемых в оконечных системах, и их коллективный доступ к ресурсам сети.
Рисунок 2. Информационная сеть
Вся интеллектуальная работа в информационной сети как видим (см. рис. 2.3) выполняется на периферии, т.е. в оконечных системах сети, а телекоммуникационная сеть, хотя и занимает центральное положение, является лишь связующей компонентой.
информационная сеть, по сути, представляет собой интеллектуальную надстройку над телекоммуникационной сетью, посредством которой пользователям (Users) предоставляются механизмы обработки информации, эффективного поиска ее в любом месте сети и в любое время, а также возможность ее накопления и хранения. Итак, понятие «информационная сеть» в нашем случае указывает на перемещение акцента внимания при изучении или исследовании инфо-коммуникационной сети в сторону информационных процессов, возникающих в сети при взаимодействии оконечных систем через телекоммуникационную сеть. Описание этого взаимодействия демонстрирует всю сложность построения архитектуры связи в сети.
^ 1.4. Ресурсы информационной сети
Ресурсы информационной сети подразделяются на информационные, ресурсы обработки и хранения данных, программные и коммуникационные.
^ Информационные ресурсы представляют собой информацию и знания, накапливаемые во всех областях науки, культуры и жизнедеятельности общества, а также продукцию индустрии развлечений. Все это систематизируется в сетевых банках данных, с которыми взаимодействуют пользователи сети. Эти ресурсы определяют потребительскую ценность информационной сети и должны не только постоянно создаваться и расширяться, но и вовремя архивироваться и обновляться, а пользование сетью должно обеспечивать возможность получать актуальную информацию именно тогда, когда в ней возникает необходимость.
^ Ресурсы обработки и хранения данных – это производительности процессоров и объемы памяти компьютеров, работающих в сети, а также время, в течение которого они используются.
^ Программные ресурсы представляют собой сетевое программное обеспечение: серверное ПО, ПО рабочих станций и драйверы; прикладное ПО, ориентированное на использование возможностей сетей и участвующее в предоставлении услуг пользователям; инструментальные средства: утилиты, анализаторы, средства сетевого контроля, а также программы сопутствующих функций. К последним относятся: выписка счетов, учет оплаты услуг, навигация (обеспечение поиска информации в сети), обслуживание сетевых электронных почтовых ящиков, организация мостов для телеконференций, преобразование форматов передаваемых информационных сообщений, криптозащита информации (кодирование и шифрование), аутентификация (в частности, электронная подпись документов, удостоверяющая их подлинность).
^ Коммуникационные ресурсы – это ресурсы, участвующие в транспортировке и перераспределении потоков информации в сети. К ним относятся пропускные способности линий связи и оборудования узловых пунктов, а также время их занятия при взаимодействии пользователя с сетью. Они классифицируются в соответствии с типом используемой среды передачи и телекоммуникационной технологии.
^ 1.5. Эффективность информационной сети
Представление пользователя об уровне производительности информационной сети, как системы распределенных ресурсов, складывается из оценки таких параметров как время реакции сети, задержка передачи и вариация задержки передачи, а также прозрачность.
Время реакции сети определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе (например, передачи файлов) и получением ответа на этот запрос. Значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того к какой категории относится пользователь и какова производительность сервера, к которому он обращается, а также от степени загруженности элементов сети, через которые проходит его запрос.
^ Задержка передачи определяется как время между моментом поступления пакета данных на вход какого-либо сетевого устройства или фрагмента сети и моментом выхода из него. Этот параметр по существу характеризует этапы временной обработки пакетов при прохождении их по сети. При этом производительность сети оценивается, как правило, максимальной задержкой передачи и вариацией задержки.
^ Вариация задержки (джиттер задержки) характеризует колебание задержки во времени. Большой разброс в значениях задержки негативно сказывается на качество предоставляемой пользователю информации при передачи чувствительных к ним видов трафика, таких как видеоданные, речевой трафик. Это сопровождается возникновением «эха», неразборчивостью речи, дрожанием изображения и т.п.
Прозрачность характеризуется свойством сети скрывать от пользователя принципы ее внутренней организации. Пользователь не должен знать место нахождения программных и информационных ресурсов (имя ресурса не должно включать адрес его нахождения), для работы с удаленными ресурсами он должен использовать те же команды и процедуры, что и для работы с локальными ресурсами, процессы распараллеливания вычислений в сети должны происходить автоматически без участия операторов. Требование прозрачности обеспечивает пользователям удобство и простоту работы в сети.
^ 1.6. Территориально-мастштабный принцип
классификации сетей (LAN, MAN, WAN)
Классификация сетей по масштабно-территориальному признаку может быть представлена иерархией, приведенной на рисунке 3.1.
Рисунок 3. Иерархия сетей на основе территориального признака
Локальная сеть LAN (Local Area Network) – сеть, в которой основная часть трафика замыкается внутри небольшой территории, учреждения, промышленного предприятия и т. п. К сетям типа LAN могут быть также отнесены сети, образованные как совокупность нескольких локальных сетей, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Кабельная система совместно с коммуникационным оборудованием в такой сети может рассматриваться как локальная телекоммуникационная сеть.
^ Сеть мегаполиса MAN (Metropolitan Area Network, METRO) – сеть, охватывающая территорию города, сельского района либо небольшого региона.
Крупномасштабная территориальная сеть WAN (Wide Area Network) – сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN, MAN и прочих сегментов, расположенных на территории большого региона, государства, континента, а также на различных континентах.
^ Глобальная сеть GAN (Global Area Network) – общепланетарная сеть, объединяющая все государства и континенты и обеспечивающая доступ к информационным ресурсам в любой точке земного шара.
Классификация сетей по масштабно-территориальному признаку представляет интерес, поскольку применяемые в них технологии в значительной степени отличаются друг от друга. Принимая во внимание различия технологий локальных и глобальных сетей нетрудно понять, почему до недавнего времени существовали различные классы специалистов, занимающихся сетями соответствующих масштабов. В условиях наметившейся тенденции к сближению локальных и глобальных сетей, а также конвергенции используемых в них технологий ситуация несколько изменилась.
Специалисты в области локальных сетей столкнулись с необходимостью объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных географических районах. Это в свою очередь повлекло за собой необходимость в расширении области их специализации до уровня глобальных телекоммуникаций.
В вою очередь, специалисты по глобальным сетям, стремясь расширить набор и качество предоставляемых услуг, повысить пропускную способность и скорость передачи данных, невольно сосредотачивали свое внимание на достижениях в технологиях локальных сетей.
Специалист уровня сетевого интегратора – это специалист новой формации, который обязан решать задачи различного уровня, начиная от создания локальных сетей и обеспечения им выхода в глобальное информационное пространство и заканчивая объединением сетей предприятий, расположенных на разных континентах, используя при этом глобальные сети и обеспечивая необходимые требования по защите информации.
^ 1.7. Принципы композиции сетевых сегментов сетей
Несмотря на все многообразие сегментов, рассматриваемых в рамках модели организационной структуры, и незамисимо от их ролевого назначения и выполняемых функциональных задач, для каждого из них могут быть использованы одинаковые композиционные принципы. Более того, для объединения сегментов используются те же самые композиционные принципы. Таким образом, в механизме обеспечения связности в сегментах и сегментов между собой проявляется феномен глобализации сетей.
Под композиционными принципами образования сегментов будем понимать способы обеспечения связности оконечных пунктов. Композиционные принципы объединения ОП в сегменте и сегментов между собой базируются на использовании непосредственных связей «каждый с каждым», общей коммуникационной среды, либо узлообразования.Использование в сегменте полносвязной физической топологии, когда каждая пара пунктов связывается отдельной линией связи, не всегда выгодное экономическое решение. Однако в таком сегменте достигается максимальная надежность связи и это оправдывает использование непосредстенных связей в магистральных сегментах с высокой степенью концентрации трафика.
^ Общая коммуникационная среда или, как ее еще называют, разделяемая среда передачи предполагает объединение пунктов, посредством общего пассивного кабеля или радиоканала. В простейшем случае разделяемая среда представляет собой моноканал, что имеет место в сегментах LAN. Разделение общей среды здесь осуществляется путем управления доступом к среде передачи. Основная идея методов управления доступом к среде заключается в том, что информационный обмен в каждый момент времени доступен лишь одной корреспондирующей паре пунктов, целиком захватывающей пропускную способность общей среды передачи. Ее разделение во времени между всеми корреспондирующими парами в зависимости от технологических особенностей метода доступа может осуществляться хаотически либо по некоторому заданному алгоритму. Адресная информация, определяющая пункт назначения информационного сообщения, обрабатывается исключительно оконечными пунктами, а само сообщение воспринимается лишь тем из них, адрес которого совпадает с адресом получателя. Таким образом, общая коммуникационная среда в данном случае выступает в роли единственного и общего для всех прибора, обслуживающего запросы на обмен информацией разных корреспондирующих пар и это является ее узким местом.
В сегментах телекоммуникационных сетей магистрального уровня (транспортных сетях) использование общей коммуникационной среды осуществляется путем ее разделения на множество независимых каналов двухточечного соединения пары пунктов (узлов доступа). При этом в качестве коммуникационного оборудования узлов доступа применяются различные мультиплексоры, а соответствующие технологии мультиплексирования обеспечивают иерархии высоких скоростей передачи.
Использование общей коммуникационной среды всегда является экономически выгодным решением. Ее основное достоинство – простота физической топологии сети (цепь либо кольцо), а также относительно простое и недорогое коммуникационное оборудование, в котором не анализируется конечный адрес передаваемых сообщений.
Узлообразование является компромисом между двумя рассмотренными выше способами организации связных сегментов. Оно подразумевает структуризацию связей на основе иерархии узловых пунктов (см. рис. 4.8). В узловых пунктах размещается активное коммуникационное оборудование, обеспечивающее связность сходящихся в них линий. Если в узловых пунктах используется оборудование, в котором не предусмотрена обработка адреса назначения передаваемых сообщений, например, повторители, концентраторы, мультиплексоры (принцип работы этих устройств рассматривается в разделе 4.7), то такой принцип узлообразования называют физической структуризацией. Физическая структуризация может быть плоской (одноуровневой) либо выпуклой (многоуровневой).
Размещение в узловых пунктах оборудования, способного анализироавть адрес пункта назначения передаваемых собщений, и на основе его выполнять функции коммутации либо маршрутизации (либо то и другое одновременно), позволяет строить логически структурированные сегменты. Логическая структуризация позволяет решить ряд важнейших задач, таких как обеспечение хорошей масштабируемости сети и повышение ее производительности.
^ 1.8. Построение сегментов согласно функциональным задачам
Логическая структура сети описывается следующими моделями: функциональная модель; протокольная модель; модель сетевого программного обеспечения. Функциональная модель представляет собой абстрактное описание сети, не зависящее от принципов ее физической реализации. Она отображает взаимосвязь функций, выполняемых в сети, которые в данном случае рассматриваются в качестве элементов модели. Функция представляет собой некоторый логический элемент, выполняющий определенную задачу в сети. Реализация функций допускает различные варианты: а) в виде аппаратных средств; б) в виде программного продукта. Понятие «функция», используемое в телекоммуникациях, традиционнонацелено предполагало реализацию в аппаратном обеспечении связи. Однако, благодаря мощному развитию индустрии программного обеспечения, появилась возможность реализации функций программным способом. Функции, реализуемые в виде программных продуктов, принято называть объектами. Хотя, строго говоря, оба понятия являются синонимами, мы в дальнейшем все же будем придерживаться этого условного разграничения, подчеркивая таким способом, что в сети реализовано программно, а что аппаратно. Различают следующие основные типы функций, выполняемых в информационной сети:
- прикладные функции – объекты приложений пользователей;
- функции обработки и хранения данных – объекты, обеспечивающие вызов объектов приложений, их взаимодействие, а также извлечение запрашиваемых данных либо помещение их в базу данных;
- функции управления услугами – объекты, позволяющие формировать услуги, запрашиваемые пользователями, управлять ресурсами сети, связанными с их предоставлением, и взаимодействием пользователей с этими услугами;
- коммуникационные функции – транспортные функциии, функции управления передачей потоков данных, функции управления телекоммуникационными услугами;
- функции административного управления сетью – объекты, осуществляющие управление работой сети в целом (мониторинг дееспособности элементов сети, сбор статистики о прохождении сигналов, разрешение аварийных и неординарных ситуаций и т.д.) и всеми преречисленными функциями.
Порядок и правила взаимодействия между функциями и объектами сети определяет связи между элементами в функциональной модели. Полная спецификация такого взаимодействия называется логическим интерфейсом. Логический интерфейс является емким понятием, охватывающим как набор правил поведения взаимодействующих элементов, так и формат представления обмениваемой ими информации. Логический интерфейс между объектами одного типа называется протоколом. Логический интерфейс между коммуникационными функциями получил название эталонной точки телекоммуникационной сети.