Системы передачи данных

Деятельность подразделений МЧС, происходит в условиях, с постоянно растущим числом техногенных катастроф, крупных пожаров, серьезных аварий и т.д. Прогнозирование, предотвращение и ликвидация их последствий эффективна при условии использования необходимой информации. Объемы такой информации в современных условиях значительны и не всегда подлежат передаче обычными средствами связи [1].

В этом случае применяются системы передачи данных (СПД), строящиеся на базе цифровых сетей, по сути представляющих комплекс территориально распределенных компьютеров и их терминалов, объединенных цифровыми линиями связи в единую систему. Одним из достоинств использования СПД как способа обмена информацией является сравнительно быстрая передача информации большого объема.

Системы передачи данных позволили поднять на качественно новую ступень управление производственными объектами, повысить эффективность использования ЭВМ, улучшить качество обрабатываемой информации, реализовать безбумажную технологию передачи информации, создать новые информационные и телекоммуникационные технологии.

Система передачи данных состоит из трех основных компонентов:

• сети передачи данных, включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации;

• устройств передачи данных (компьютеров), связанных сетью передачи данных;

• сетевого программного обеспечения.

Программное обеспечение и аппаратная база являются предметом изучения информатики, поэтому основное внимание уделим сетям передачи данных. Необходимо уточнить, что под сетями передачи данных неискушенный человек подразумевает, как правило, сети, оконечными устройствами которых является компьютерная техника, и в быту обыватели зачастую называют их компьютерными сетями. Современная конвергенция связи и информатики в значительной степени размывает это привычное понятие. Понятие сети передачи данных значительно шире: оно подразумевает объединение аппаратных, программных и технологических средств, обеспечивающих передачу информации в формализованном виде (в виде данных).

Можно привести несколько видов классификации сетей передачи данных. В организационном плане их чаще всего делят по степени географического распространения. По этому признаку сети передачи данных подразделяются на локальные, городские, глобальные и др., по принадлежности их можно разделить на сети общего пользования и корпоративные.

Локальная сеть - это группа ЭВМ, а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими автономными высокоскоростными каналами передачи цифровых данных в пределах одного или нескольких близлежащих зданий. Сеть передачи данных может быть реализована в виде региональной сети, которая может охватывать район, город, область. Система, охватывающая большую территорию (в масштабе страны, континента, мира), получила название глобальной сети. По существу глобальная сеть – это совокупность локальных сетей, объединенных между собой, т.е. имеющих физическое соединение между собой. Ввиду того, что глобальные сети – это множество локальных, последние вызывают более практический интерес конечного пользователя. Кроме того, локальная сеть является минимальной единицей, обеспечивающей технологический процесс передачи данных, а в связи с тем, что оконечной аппаратной базой при этом являются различные ЭВМ, то локальные сети передачи данных также уместно называть локально-вычислительными сетями (ЛВС).

ЛВС, как и любая сеть, состоит из совокупности узлов и соединяющих их ветвей. Любая ЛВС характеризуются своей структурой и основными принципами передачи данных, но не зависимо от этого пользователи компьютерной сети получают возможность совместно использовать ее программные, технические, информационные и организационные ресурсы.

В зависимости от архитектуры ЛВС делятся на централизованные и одноранговые. Персональный компьютер, работающий в сети, называется рабочей станцией. Во многих случаях в составе ЛВС помимо рабочих станций включаются специальные компьютеры, называемыми серверами. Такие сети получили название сетей с выделенным сервером (централизованные), реализующие архитектуру клиент-сервер. Сервер – персональная или виртуальная ЭВМ, выполняющая функции по обслуживанию клиента и распределяющая ресурсы системы: принтеры, базы данных (БД), программы, внешнюю память и др. Серверы выполняют для пользователей сети лишь определенные услуги (хранение данных, печать заданий, выполнения отдельных программ, передача электронных писем или факсимильных сообщений и т.д.). Сетевой сервер поддерживает выполнение функций сетевой операционной системы, терминальный – выполнение функций многопользовательской системы. Сервер баз данных обеспечивает обработку запросов к базам данных в многопользовательских системах. Он является средством решения сетевых задач, в которых локальные сети используются для совместной обработки данных, а не просто для организации коллективного использования удаленных внешних устройств.

при отсутствии в сети сервера сеть является равноправной (одноранговой). В одноранговых сетях сетевое управление таково, что каждый узел может выступать и как рабочая станция, и как сервер. Рабочие станции можно объединить и совместно использовать БД на файл-сервере. Такие сети недорогие, но число пользователей невелико. Равноправные сети эффективны при наличии в сети не более 10 рабочих станций.

Рис. 2.14. Неэкранированная витая пара

В качестве ЛС в локальных сетях чаще всего используется тип кабеля, применяемый в телефонии, – «витая пара» (рис. 2.14), модификация телефонного многожильного кабеля, который выпускается в двух вариантах: неэкранированный (Unshielded Twisted Pair-UTP) и экранированный (Shielded Twisted Pair-STP). Экранированная пара более устойчива к электромагнитным помехам, поэтому при возможности лучше применять такой тип кабеля. На практике чаще используется неэкранированная витая пара. Это происходит, во-первых, из-за того, что такой тип кабеля чаще используется для разводки телефонных линий, а, во-вторых, неэкранированная витая пара дешевле экранированной.

Недостатком витой пары является высокий коэффициент затухания сигнала и чувствительность к электромагнитным помехам (для неэкранированного кабеля), поэтому расстояние между компьютерами не может превышать, как правило, 100 метров. В настоящее время появились разработки кабеля 7-го уровня (до 10 ГГц).

В качестве ЛС в сетях передачи данных также используются коаксиальные и оптоволоконные кабели. Наилучшими характеристиками по помехозащищенности и пропускной способности обладает оптоволоконный кабель, который в основном применяют для прокладки магистральных линий. Передача данных может осуществляться по радиоканалу с использованием специализированного радиооборудования – радиомодемов. Оконечными устройствами в этом случае являются мобильные рабочие станции (ноутбук), а в качестве носителя информации при обмене данными используются радиоволны, формируемые средствами радиосвязи (радиостанция, сотовый телефон). Использование радиоволн при организации сетей передачи данных устраняет проблемы, связанные с прокладкой и монтажом кабельных соединений, но создает другие – помехозащищенность и защита информации от несанкционированного доступа.

Механизм передачи данных, допустимый в той или иной сети, во многом определяется топологией (рис. 2.15), т.е. конфигурацией подключения устройств в сети, которая определяет производительность (пропускную способность), надежность (устойчивость) и стоимость сети. Выбор кабеля для построения сети также зависит от топологии сети, т.к. сетевое оборудование (разветвили, переходники и т.д.) фирмы-производители разрабатывают под определенный вид кабеля.

Сравнительная характеристика различных топологий ЛВС проводится по устойчивости сети, т.е. способности функционировать при выходе из строя какого-либо элемента сети. Важным показателем является производительность ЛВС, описывающая пропускную способность сети. Экономическим показателем являются, естественно, затраты на построение и эксплуатацию сети, т.е. ее стоимость.

Рис. 2.15.Топологии построения локальных сетей:

а) шина, б) кольцо, в) ячейка, г) звезда

Основными топологиями построения локальных сетей являются: шина, звезда, ячейка (дерево), кольцо. В топологии «шина» устройства подключаются к общему кабелю с помощью отрезков кабеля и тройников. При неисправности кабельной системы локальная сеть разделяется, и рабочие станции работают только в своем сегменте. В топологии «звезда» оконечные устройства подключены к центральной системе, которой, как правило, является сервер сети. Эта топология более надежна, но требует большого количества кабеля, что повышает стоимость сети в целом. В топологии «ячейка» станции подключены по принципу радиально-узловой структуры, что повышает надежность и производительность сети. Эта топология применяется чаще всего для крупных сетей, имеющих ЛС с большой информационной нагрузкой. «Кольцевая» топология предусматривает подключение рабочих станций последовательно, и передача данных осуществляется эстафетно.

Для пояснения работы СПД рассмотрим процесс взаимодействия двух рабочих станций в сети, структурная схема которого представлена на рис. 2.16. Допустим, что пользователь на одной из рабочих станций (PC) выполняет какой-либо расчет, например, расчет количества пожарных извещателей для какого-либо объекта. Алгоритм, по которому происходит обработка информации или решение задачи и выдача результатов, например, пользователю, получил название прикладной программы. Результаты расчета должны быть переданы в БД на другой компьютер. Для того, чтобы выполнить эту задачу необходимо выполнить два условия. Во-первых, нужно обеспечить физическое соединение станций. Для этого нужно создать ЛС между компьютерами, преобразовать данные, например, в электрические сигналы и передать их по физической среде (телефонным проводам, коаксиальному или оптоволоконному кабелю, радиоканалу и т.д.). Эти функции выполняет сеть передачи данных или протоколы (программы), стандарты физического уровня. Они определяют вид модуляции сигнала, электрические характеристики сигнала, тип передающей среды и ее характеристики, способы подключения рабочих станций к сети и т.д. в простейшем случае сеть передачи данных состоит из интерфейсного оборудования, в качестве которого могут выступать модемы, сетевые адаптеры и т.п. и ЛС между ними.

РС1

РС2

Сетевая операционная система

Локальная сеть или Сеть передачи данных

Прикладная программа

Протокол обмена данными

Интерфейсное оборудование (модем)

Линия связиили Среда передачи данных

Рис. 2.16. Структура взаимодействия рабочих станций в локальной сети

Во-вторых, необходимо установить логическую связь между станциями. В нашем случае требуется скопировать файл с одной станции на другую. Сначала нужно убедиться, что второй компьютер готов к приему файла и способен принять информацию в передаваемом виде (формате), а при передаче следить за тем, чтобы данные были переданы безошибочно. Эти задачи решают программы логического уровня – протоколы обмена данными. Они определяют правила, по которым выполняется передача данных в сети (порядок установления связи между станциями, порядок передачи данных, порядок обработки ошибок, порядок окончания сеанса связи и т.п.).

В сетях работает несколько рабочих станций, поэтому возникает потребность организовать их работу (определить возможность и права доступа к данным, система защиты информации, порядок взаимодействия между различными протоколами). Контроль общего взаимодействия устройств и пользователей в сети выполняет сетевая операционная система.

Основой построения глобальных сетей передачи данных являются, например, существующие телефонные сети. Для передачи информации от одной ЭВМ к другой в глобальных сетях используются специализированные коммутационные серверы (host-ЭВМ). Host-ЭВМ это ЭВМ, установленная в узлах сети и решающая вопросы коммутации в сети. Коммутационная сеть образуется множеством серверов и host-ЭВМ, соединенных физическими каналами связи, которые называют магистральными. Концепция построения (модернизации) магистральных каналов в настоящее время предусматривает использование оптоволоконных, радиорелейных или спутниковых линий связи.

Интранет (Intranet) представляет собой технологии распределенной корпоративной информационной ЛВС, предназначенные для обеспечения контролируемого доступ к корпоративной информации сотрудников к корпоративным информационным ресурсам и использующая программные продукты и технологии Интернет.