АСУ Компьютерно-телекоммуникационные сетевые аналоговые каналы передачи данных

При описании АСУ пользуются следующими видами структур, отличающимися типами элементов и связей между ними:

• функциональная (элементы - функции, задачи, операции; связи - информационные);
• техническая (элементы-устройства; связи - линии связи);
• организационная (элементы - коллективы людей и отдельные исполнители; связи - информационные, соподчинения и взаимодействия;
• алгоритмическая (элементы - алгоритмы; связи - информационные); программная (элементы - программные модули; связи - информационные и управляющие);

информационная (элементы - формы существования и представления информации в системе; связи - операции преобразования информации в системе).

 

4.Компьютерно- телекоммуникационные сети

Компьютерные сети — это научная дисциплина, изучающая организацию и процессы передачи данных между компьютерами. Системы, позволяющие компьютерам взаимодействовать между собой, называются компьютерными сетями. В таких сетях обычно участвуют два и более узла. Причём, узлы могут находиться на расстоянии сантиметров (как в IrDA), или тысяч километров (как в Интернете). Область знаний 'Компьютерные сети' часто позиционируется как поддисциплина телекоммуникаций, или как поддисциплина информатики.

4.1 Телекоммуникационные сети

Одной из основных характеристик  телекоммуникационной сети является предоставление возможности получения необходимой  информации для обеспечения деятельности фирмы или удовлетворения личных потребностей пользователей.

Следует иметь в виду, что качество полученной информации (объем, достоверность, актуализация) зависит  часто не от компьютерной сети, а  от владельца информационной продукции.

Проблема информационного  наполнения телекоммуникационных сетей  становится все более важной в  связи тенденциями развития мировой  информационной инфраструктуры.

4.2 Типы компьютерных и телекоммуникационных сетей:

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем (в принципе может быть использована любая среда для передачи сигналов). Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Хотя идея соединения компьютеров с помощью кабеля не кажется нам особо выдающейся, в свое время она явилась значительным достижением в области коммуникаций.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью – иметь возможность  для совместного использования  данных. Персональный компьютер –  прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических  данных и других видов информации, но при этом Вы не можете быстро поделиться своей информацией с другими. Когда не было сетей, приходилось  распечатывать каждый документ, чтобы  другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае –  копировать информацию на дискеты. Одновременная  обработка документа несколькими  пользователями исключалась. Подобная схема работы называется работой  в автономной среде. Сетью называется группа соединенных компьютеров  и других устройств. А концепция  соединенных и совместно использующих ресурсы компьютеров носит название сетевого взаимодействия.

Компьютеры, входящие в  сете, могут совместно использовать:

– данные;

– принтеры;

– факсимильные аппараты;

– модемы;

– другие устройства.

Данный список постоянно  пополняется, так как возникают  новые способы совместного использования  ресурсов.

Основное назначение компьютерных сетей – совместное использование  ресурсов и осуществление интерактивной  связи как внутри одной фирмы, так и за её пределами. Ресурсы (resources) – это данные, приложения и периферийные устройства. Понятие интерактивной связи компьютеров подразумевает обмен сообщениями в реальном режиме времени.

4.3 Типы серверов

Файл-серверы и принт-серверы. Файл-серверы и принт-серверы управляют доступом пользователей соответственно к файлам и принтерам. Например, чтобы работать с текстовым процессором, вы, прежде всего, должны запустить его на своем компьютере. Документ текстового процессора, хранящийся на файл-сервере, загружается в память Вашего компьютера, и, таким образом, вы можете работать с этим документом на своем компьютере. Другими словами, файл-сервер предназначен для хранения файлов и данных.

Серверы приложений. На серверах приложений выполняются прикладные части клиент-серверных приложений, а также находятся иные, доступные клиентам. Например, чтобы упростить извлечение иных, серверы хранят большие объемы информации в структурированном виде. Эти серверы отличаются от файл- и принт-серверов. В последних файл или данные целиком копируются на запрашивающий компьютер. А в сервере приложений на запрашивающий компьютер пересылаются только результаты запроса.

Приложение-клиент на удаленном  компьютере получает доступ к данным, хранимым на сервере приложений. Однако вместо всей базы данных на Ваш компьютер  с сервера загружаются только результаты запроса. Например, вы можете получить список работников, родившихся в ноябре.

Почтовые серверы. Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между пользователями сети.

Факс-серверы. Факс-серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных сообщений через один или несколько факс-модемов.

Коммуникационные серверы. Коммуникационные серверы управляют потоком данных и почтовых сообщений между этой сетью и другими сетями, мэйнфреймами или удаленными пользователями через модем и телефонную линию.

Существуют и комбинированные  типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера. Комбинированные сети – наиболее распространенный тип сетей, но для их правильной реализации и надежной защиты необходимы определенные знания и навыки планирования.

4.4 Сетевая топология

Сетевая топология (от греч. τόπος, - место) — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Сетевая топология может  быть

• физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
• логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.
• информационной — описывает направление потоков информации передаваемых по сети.
• управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью.

Существует множество  способов соединения сетевых устройств. Выделяют 3 базовые топологии:

• Шина
• Кольцо
• Звезда

И дополнительные (производные):

• Двойное кольцо
• Ячеистая топология
• Решётка
• Дерево
• Fat Tree
• Полносвязная

Дополнительные являются комбинациями базовых способов. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

4.5 Среды передачи данных

В зависимости от среды  передачи данных линии связи разделяются  на следующие :

• проводные (воздушные);
• кабельные (медные и волоконно-оптические);
• радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии  связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded TwistedPair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения — для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический кабель (opticalfiber) состоит из тонких (5-60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и  спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала. Диапазоны коротких, средних и длинных волн (KB, CB и ДВ), называемые также диапазонами амплитудной модуляции (Amplitude Modulation, AM) по типу используемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных. Более скоростными являются каналы, работающие на диапазонах ультракоротких волн (УКВ), для которых характерна частотная модуляция (Frequency Modulation, FM), а также диапазонах сверхвысоких частот (СВЧ или microwaves). В диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ионосферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие прямой видимости между передатчиком и-приемником. Поэтому такие частоты используют либо спутниковые каналы, либо радиорелейные каналы, где это условие выполняется.

В компьютерных сетях сегодня  применяются практически все  описанные типы физических сред передачи данных, но наиболее перспективными являются волоконно-оптические. На них сегодня  строятся как магистрали крупных  территориальных сетей, так и  высокоскоростные линии связи локальных  сетей. Популярной средой является также  витая пара, которая характеризуется  отличным соотношением качества к стоимости, а также простотой монтажа. С  помощью витой пары обычно подключают конечных абонентов сетей на расстояниях  до 100 метров от концентратора. Спутниковые каналы и радиосвязь используются чаще всего в тех случаях, когда кабельные связи применить нельзя — например, при прохождении канала через малонаселенную местность или же для связи с мобильным пользователем сети, таким как шофер грузовика, врач, совершающий обход, и т. п.

При стандартизации кабелей  принят протокольно-независимый подход. Это означает, что в стандарте  оговариваются электрические, оптические и механические характеристики, которым  должен удовлетворять тот или  иной тип кабеля или соединительного  изделия — разъема, кроссовой  коробки и т. п. Однако для какого протокола предназначен данный кабель.

В ранних версиях стандартов определялись только характеристики кабелей, без соединителей. В последних версиях стандартов появились требования к соединительным элементам, также к линиям (каналам), представляющим типовую сборку элементов кабельной системы, состоящую из шнура от рабочей станции до розетки, самой розетки, основного кабеля (длиной до 90 м для витой пары), точки перехода (например, еще одной розетки или жесткого кроссового соединения) и шнура до активного оборудования, например концентратора или коммутатора.

4.6 Модель взаимодействия открытых систем

 

Передача и  обработка данных в разветвленной  сети является сложными, использующими многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, требующим формализации и стандартизации следующих процедур:

управление и  контроль ресурсом компьютеров и  системы телекоммуникаций;

установление  и разъединение соединения;

контроль соединений;

маршрутизация, согласование, преобразование и передача данных;

контроль правильности передачи;

исправление ошибок и т. д.

Необходимо применение стандартизированных протоколов и для обеспечения понимания сетями друг друга при их взаимодействии. Указанные выше задачи решаются с помощью применения системы протоколов и стандартов, которые определяют процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.