Способы коммутации и передачи данных в информационных системах

Процесс преобразования (способ представления) данных в вид, требуемый для передачи по линии связи и позволяющий, в некоторых случаях, обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие из-за помех при их передаче, называется кодированием. Примером кодирования является представление данных в виде двоичных символов. В зависимости от параметров среды передачи и требований к качеству передачи данных могут использоваться различные методы кодирования.

Линия связи - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы, формируемые  специальными техническими средствами, относящимися к линейному оборудованию (передатчики, приемники, усилители  и т.п.). Линию связи часто рассматривают  как совокупность физических цепей  и технических средств, имеющих  общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду  распространения. Сигнал, передаваемый в линии связи, называется линейным (от слова линия) [18].

Линии связи  можно разбить на 2 класса:

• кабельные (электрические и волоконно-оптические линии связи);
• беспроводные (радиолинии).

На основе линий связи строятся каналы связи.

Канал связи представляет собой совокупность одной или нескольких линий связи и каналообразующего оборудования, обеспечивающих передачу данных между взаимодействующими абонентами в виде физических сигналов, соответствующих типу линии связи.

Рисунок 3. Канал связи

Канал связи может состоять из нескольких последовательных линий связи, образуя  составной канал, например, как это показано на рисунке 3: между абонентами А1 и А2 сформирован канал связи, включаюший телефонные (ТфЛС) и волоконно-оптическую (ВОЛС) линии связи. В то же время, в одной линии связи, как будет показано ниже, может быть сформировано несколько каналов связи, обеспечивающих одновременную передачу данных между несколькими парами абонентов [23].

 

1.3. Коммуникационные сети. Оборудование коммуникационных  сетей

 

Коммуникационные сети являются базой («первичными сетями») системы сетей  электросвязи. Под коммуникационной сетью понимается организационно-технический  комплекс, включающий узлы коммутации (распределения каналов) и каналы связи, соединяющие узлы связи между  собой, а также с оконечным  оборудованием и обеспечивающий передачу данных между удаленными точками. Канал связи - это комплекс технических  средств и среды распространения  сигнала (среды передачи данных), обеспечивающих процесс передачи сигнала на определенной частоте и скорости.

В коммуникационных сетях выделяют:

• сети выделенных каналов. Постоянно действующие сети, базирующиеся на физическом выделении и закреплении за абонентами ресурса: канала, частоты, кванта времени;
• сети коммутации каналов. Основаны на выделении ресурса на время соединения;
• сети коммутации пакетов. Основаны на разбиении потока данных на части (пакеты), передаче каждого пакета по своему каналу- связи и сборке сообщения из пакетов в месте прибытия. Характерны для вычислительных сетей [17].

В коммуникационных сетях используются как аналоговый, так и цифровой способы передачи данных:

1) аналоговый способ основан на передаче данных путем электромагнитных колебаний с разной частотой. Аналоговый сигнал — это непрерывный волновой сигнал. Вдоль аналоговой линии устанавливаются усилители для выделения полезного сигнала на фоне искажений и шумов. Традиционный и широко распространенный способ передачи данных. Лежит в основе телефонной связи (звуковой сигнал преобразуется в мембране микрофона в электрический); цифровой способ основан на передаче данных в их естественном двоичном виде на единой частоте.

2) Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, дискретный, прерывистый, передает либо 1. либо 0: есть импульс — 1, нет импульса — 0. Отличается высокой скоростью передачи данных. Для минимизации искажений и влияния помех вдоль цифровой линии подключаются репитеры которые восстанавливают форму сигнала. Основа коммуникации практически во всех современных компьютерах [12].

 

1.3.1 Оборудование коммуникационных сетей включает с себя следующие средства.

 

1. Средства линий передачи данных. Под линией передачи данных  понимают среду распространения  сигналов. Используются проводные  и беспроводные среды. При выборе  среды учитывают такие показатели, как стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи данных, ограничения  на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей), безопасность передачи и пр.

Проводные среды включают [14]:

1) Витая пара состоит из двух изолированных медных кабелей, сплетенных вместе наподобие косы: один кабель служит для передачи сигнала, а другой заземляется. Может быть экранированной (имеет оболочку для повышения помехозащищенности) или неэкранированной. Наиболее дешевая среда, обеспечивает передачу данных со скоростью 10 Мбит/с. Используется в локальных сетях, а также для прокладки телефонных линий внутри зданий. Коаксиальный кабель — широкополосный соединительный кабель, в середине которого проходит изолированный провод, окруженный цельным или плетеным вторым проводом. Дороже витой пары, но может переносить большее количество данных, скорость передачи может достигать 100 Мбит/с. Хорошо защищен от помех, применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Используется для сверхширокополосных систем с модуляцией (преобразованием модемами цифровых сигналов в аналоговые) и систем без модуляции, в том числе Изернет (Ethernet).

2) Оптоволоконный кабель создан из тонкого оптического стекловолокна. Каждое волокно состоит из сердцевины, окруженной оболочкой, имеющей меньший показатель преломления. При передаче световые сигналы отражаются от оболочки, и свет передающих лазеров доносится без существенных потерь, несмотря на петли и повороты вдоль пути. На принимающем конце оптические детекторы преобразуют свет в электрические импульсы. Значительно легче и тоньше медного, не подвержен действию электрических помех, имеет меньший коэффициент затухания. Обеспечивает высокую скорость передачи данных — до 10 Гбит/с, длина кабеля не ограничена. Техника ответвлений сложна, несанкционированное подсоединение практически невозможно. Но тяжело восстанавливается в случае обрыва дорог и сложен в эксплуатации. Чаще всего используется в базовых сетях.

3) Телефонный кабель (медная пара) — система медных проводов в полиэтиленовой оболочке. Самая старая проводящая среда, дешевая в эксплуатации, однако не способная обслуживать высокоскоростные цифровые коммуникационные каналы, такие, как интегрированные службы цифровой сети (ISDN).

Беспроводные среды включают [15]:

1) Радиоканал требует оснащения антеннами, беспроводными сетевыми адаптерами и мостами. Возможно использование как при подключении к сети Интернет, так и при создании локальной сети. Подключение к сети Интернет предоставляет возможность организации «последней мили» в местах, где прокладка наземных канатов затруднительна или по каким-либо причинам невозможна. Отсутствие необходимости в прокладке кабеля к каждой рабочей станции делает канат привлекательным для офиса. Получает все большее распространение.

2) Спутниковый канал основан на использовании спутника связи. Спутник связи находится на низкой, эллиптической или геостационарной орбите и выполняет роль микроволнового ретранслятора — принимает сигналы с Земли, усиливает их, а затем ретранслирует на различных частотах в различные точки. Обеспечивает высокую скорость передачи данных, гибкость в способах подключения, но требует высоких затрат на установку оборудования и использование эфира. Подвержен воздействию неблагоприятных метеоусловий (затухание сигнала) и требует применения технологии усиления передающих и принимающих антенн. Хорошо подходит для работы в WWW, но недостаточно хорошо решает задачи реального времени.

2. Средства  соединения линий передачи с  сетевым оборудованием. Реализуют  ввод-вывод данных с оконечного  оборудования в сеть. В качестве  такого средства используют сетевой адаптер (сетевую карту) — устройство сопряжения компьютера и сети. Карта содержит кодирующие и декодирующие микросхемы и разъем для подсоединения сетевого кабеля.

3. Средства  увеличения дистанции передачи  данных. Осуществляют усиление сигналов  или преобразование в форму,  удобную для дальнейшей передачи. К ним относят такие устройства, как [18]:

а) Репитер обеспечивает сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче на большие расстояния.

б) Мост соединяет две или несколько физических сетей и передает пакеты из одной сети в другую. Способен фильтровать пакеты, т.е. передавать только часть трафика.

в) Шлюз объединяет информационные сети, использующие различные протоколы, преобразуя форматы сообщений. Представляет собой комбинацию программных и аппаратных средств. Как правило, менее скоростной, чем мост и маршрутизатор.

г) Модем преобразует цифровые сигналы, генерируемые последовательным портом компьютера, в модулированные аналоговые сигналы, пригодные для передачи по линиям связи, и соответственно преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой эквивалент. Сокращение от «МОдулятор-ДЕМодулятор» [17].

4. Средства  повышения емкости линий передачи  данных. Позволяют реализовать нескольких  логических каналов в рамках  одного физического 

соединения. Включают в себя такие устройства, как:

а) Разветвитель подключает нескольких рабочих станций к одному каналу связи. Разделяет сигнал, идущий по одному каналу связи, на два или три канала.

б) Повторитель (репитер) регенерирует сигналы и позволяет передавать их по дополнительному сегменту кабеля или подключать большее число компьютеров к существующему сегменту. Сегменты должны использовать один протокол передачи.

в) Концентратор (хаб) коммутирует несколько каналов связи на один путем частотного разделения. Объединяет коммуникационные каналы от нескольких узлов сети и обеспечивает ряд функций управления, включая функции моста и маршрутизатора.

г) Мультиплексор разделяет канал передачи на два (или более) подканала. Передает по одной линии несколько сигналов одновременно. Подключает к компьютеру несколько линий связи

5. Средства  управления информационными потоками  в сети (коммутацией каналов, коммутацией  пакетов, разветвлением линий  передачи) осуществляют адресацию  сообщений. К ним относят такие  устройства, как:

а) Маршрутизатор пересылает пакеты в нужный сегмент сети. В отличие от моста имеет в сети свой адрес, хранит таблицу адресов всей сетевой структуры, обменивается с другими маршрутизаторами информацией о текущем состоянии сети. Роль маршрутизатора выполняет один из компьютеров сети.

б) Коммутатор (свитч) — многопортовое устройство, обеспечивает высокоскоростную коммутацию пакетов между портами. В отличие от концентраторов, осуществляющих широковещательную рассылку пакетов в сети, коммутаторы направляют пакеты только по адресу, в результате уменьшается трафик и увеличивается пропускная способность сети. Традиционно используются в очень загруженных сегментах сети, в настоящее время существует тенденция вытеснения ими маршрутизаторов[13].

 

Выводы по главе:

 

1.   Информационные и коммуникационные технологии — это совокупность методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения, обработки и распространения информации. Телекоммуникационные технологии играют ключевую роль в данной проблематике, определяют темпы и качество построения информационного сообщества.

2. Под коммуникационной сетью понимается организационно-технический комплекс, включающий узлы коммутации (распределения каналов) и каналы связи, соединяющие узлы связи между собой, а также с оконечным оборудованием и обеспечивающий передачу данных между удаленными точками. Бывают проводные и беспроводные среды.

3. Рассмотрев общую характеристику средств телекоммуникаций, перейдем непосредственно к способам коммутации и передачи данных в информационных системах.

ГЛАВА II. СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

 

В общем случае решение каждой из частных задач коммутации — определение  потоков и соответствующих маршрутов, фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств, распознавание потоков и передача данных между интерфейсами одного устройства, мультиплексирование/демультиплексирование  потоков и разделение среды передачи — тесно связано с решением всех остальных. Комплекс технических  решений обобщенной задачи коммутации в совокупности составляет базис  любой сетевой технологии. От того, какой механизм прокладки маршрутов, продвижения данных и совместного  использования каналов связи  заложен в той или иной сетевой  технологии, зависят ее фундаментальные  свойства.

Среди множества возможных подходов к решению задачи коммутации абонентов  в сетях выделяют два основополагающих:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching).

Внешне обе эти схемы соответствуют  приведенной на рисунке 4 структуре сети, однако возможности и свойства их различны [6].