Сетевые связи. Основы связи. Элементы коммуникации. Сообщение связи. Сетевые компоненты: устройства, медиа, сервисы

Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 38 страниц
В избранное:

Лекция №1

Введение. Сетевые связи. Основы связи. Элементы коммуникации. Сообщение связи. Сетевые компоненты: устройства, медиа, сервисы.

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, которые могут обмениваться между собой информацией.
Компоненты компьютерной сети :

компьютер;
линии связи(коммуникационное оборудование) - техника, которая реализует возможность обмена информацией (провода, устройства, иногда - компьютер, выполняющий функцию коммуникационного оборудования) ;
операционная система, в особенности, модули ОС, реализующие сетевое взаимодействие;
распределенные приложения- программы, которые работают одновременно на разных компьютерах, например, WWW.

Сервер - компьютер или программа, предоставляющая некоторые услуги.

Выделенный сервер - это компьютер, служащий только для обслуживания клиентских машин. Доступ к нему обычно получают администраторы системы для выполнения задач управления, мониторинга и поддержки работоспособности. Часто они выполняют только какую-то одну задачу.

Клиент - это компьютер или программа, запрашивающая услуги.

Клиенты бывают толстыми , тонкими и сверхтонкими .

Сетевые связи. Основы связи. Электрическая связь (телекоммуникация) - передача или прием знаков, сигналов, голосовой информации, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио, оптической и другим электромагнитным системам. (Закон Республики Казахстан о связи)

Электросвязь (Telecommunication) - это любое излучение, передача и/или прием электрических сигналов, которые представляют знаки, голосовую информацию, письменный текст, изображения, звуки или сообщения любого рода по радиосистеме, проводной, оптической и другим электромагнитным системам”. (Рекомендация ITU-T G. 701) .

Таким образом, электросвязь это - телекоммуникация.

Информация - сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах.

Сообщение - форма выражения (представления) информации, удобная для передачи.

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала.

Телекоммуникационные системы.

Определение телекоммуникационной системы:

Рисунок 17. 1 - Типичная телекоммуникационная система

Система электросвязи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений.

Канал связи - совокупность технических средств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигнала на расстояние, рисунок 17. 2.

Рисунок 17. 2 - Канал связи

Канал связи является - одноканальной телекоммуникационной системой.

Многоканальная телекоммуникационная система обеспечивает передачу многих сообщений по одной линии связи, рисунок 17. 3.

Рисунок 17. 3 - Многоканальная телекоммуникационная система

Преобразование сигналов в ТКС осуществляется в преобразователе сигналов, структура преобразователя сигналов приведена на рисунке 17. 4.

Рисунок 17. 4 - Преобразователь сигналов

Передающий преобразователь сигнала включает кодер источника, кодер канала и модулятор.

Приемный преобразователь сигнала включает декодер источника, декодер канала и демодулятор.

Кодер источника осуществляет сжатие информации.

Декодер источника выполняет восстановление информации из сжатого сигнала.

Кодирование источника позволяет устранить избыточность, имеющуюся в исходном сообщении.

Кодер канала вводит дополнительную избыточность с целью повышения помехоустойчивости

Декодер канала выполняет удаление избыточности из полученного сигнала и его исправление в случае необходимости

Кодирование канала позволяет повысить помехоустойчивость передаваемых сообщений.

Модулятор изменяет спектр сигнала с целью его передачи по конкретной линии связи

Демодулятор осуществляет перенос спектра принятого сигнала в первичную полосу. Модуляция позволяет решать несколько задач:

-повышение помехоустойчивости;

-уплотнение линий связи (создание нескольких каналов связи на одной линии связи)

-повышение скорости передачи сигналов

Для модуляции используются различные методы:

-аналоговые (амплитудная, частотная, фазовая) ;

-цифровые (различные методы манипуляции, многопозиционные методы модуляции - КАМ, ОФМ и т. д. ) ;

Принцип формирования ИКМ сигналов.

В основу принципа формирования ИКМ сигналов используется теорема Котельникова (Шеннона) : любой аналоговый (непрерывный), сигнал может быть дискретизирован, и восстановлен на противоположном конце, если частота дискретизации будет в два раза превышать верхнею частоту этого сигнала.

Дискретизированные импульсы соответствуют амплитуде мгновенных значений этого сигнала. Эти преобразования называются импульсно-амплитудной модуляцией. Мгновенные значения сигнала содержатся на огибающей АИМ сигнала. Между выборками, передающим в каждом периоде один раз, свободные временные позиции занимаются для передачи выборок других каналов. Таким образом, дискреты передаются один за другим циклически в виде временно уплотнённых АИМ сигналов.

Применение импульсно-кодовой модуляции обеспечивает высокую помехозащищённость передаваемой информации. В процессе ИКМ каждому дискретному значению сигнала присваивается определённое кодовое слово.

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов, а длительность и частота следования остаются постоянными. Преобразование сигналов из аналоговой в цифровую форму существенно увеличивает их помехозащищённость при передаче, так как приёмник должен регистрировать два состояния передаваемого сигнала, или его наличие (приём единицы), или его отсутствие (приём нуля) .

Квантование.

Любая техника обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность, поэтому нет никакой необходимости передавать всё бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством. Эти разрешённые для передачи амплитудные значения сигналов называются уровнями квантования, выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. Полученный при дискретизации АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования.

Разность между истинным значением отсчёта сигнала и его квантованным значением называется ошибкой или шумом квантования.

Кодирование.

Квантование и кодирование представляют собой единый непрерывный процесс. При нелинейном кодировании для обеспечения помехозащищённости требуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа восьми разрядная.

Кодирование осуществляется в симметричном коде, при котором шкала кодирования имеет от 0 до 128 положительных уровней и столько же отрицательных. Первый разряд восьмиразрядной кодовой комбинации определяет полярность амплитуды кодируемого сигнала; 2, 3, 4 разряды определяют вершину сегмента, в области которого расположен сигнал; 5, 6, 7, 8 разряды определяют уровни в сегменте.

Сеть связи (или телекоммуникационная сеть) - это технологическая система, которая состоит из линий и каналов связи, узлов, оконечных станций и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью с помощью абонентских терминалов, подключаемых к оконечным станциям.

Инфокоммуникационная сеть (ранее применялись также термины "информационная сеть", "компьютерная сеть" и др. ) - это технологическая система, которая включает в себя, кроме сети связи, средства хранения, обработки и поиска информации и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью и доступом к необходимой им информации.

Архитектура сети - совокупность физических, логических и структурных элементов сети, связей между ними и правил их взаимодействия. Архитектура отображается иерархическим многоуровневым описанием сети в виде моделей, каждая из которых выделяет существенные элементы своего уровня абстрагирования.

Иерархичность - расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Используя иерархичность сеть можно расчленять на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка. Сеть можно рассматривать как подсеть, т. е. как подсистему или элемент системы более высокого порядка и как самостоятельную систему, включающую подсистемы (сегменты) более низкого порядка. Сеть состоит из совокупности пунктов (узлов) и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и ее способность обеспечить обмен между пунктами

Топология сети

Физическая топология отражает размещение пунктов сети и и соединяющих их линий в пространстве.

Логическая топология дает представление о путях, по которым может быть организовано взаимодействие между источниками и потребителями.

Выбор топологии сети является первой задачей, решаемой при ее построении и определяется требованиями надежности и экономичности связи.

«Точка - точка» (Point-to-Point) - соединение между парой телекоммуникационных устройств.

«Радиальная» («звезда») - используется при ограниченном числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой территории;

Полносвязная («Каждый с каждым») - Высокая надежность, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. На практике применяется при небольшом числе узлов.

«Радиально-узловая» - Такую структуру имели городские телефонные сети, если емкость сети не превышала 80 . . . 90 тысяч абонентов.

«Кольцо» - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две линии.

Кольцевая топология широко используется в ЛВС, в транспортных сетях, а также в сетях абонентского доступа, организуемых с использованием оптических кабелей.

«Двойное кольцо» - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две пары линий.

Двойное кольцо образуется парами физических соединений между смежными пунктами, причем информационный поток направляется в двух противоположных направлениях, одно из которых используется как основное, а второе - как резервное.

Положительные стороны топологии «Двойное кольцо» - высокая надежность. При повреждении тракта передачи на последнем узле происходит переключение информационного потока на резервный тракт, который обеспечивает передачу информации в обратном направлении.

Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации) .

Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т. д. Форма представления информации называется сообщением . Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение.

Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал.

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения) . Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений, называется информационным или представляющим параметром сигнала.

Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) - комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1. 1) .

Система электросвязи в целом решает две задачи:

1) доставка сообщений - функции системы электросвязи;

2) формирование и распознавание сообщений - функции оконечного оборудования.

Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.

Канал передачи (связи) - часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.

Рисунок 1. 1 - Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)

Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1. 2.

Рисунок 1. 2 - Принцип передачи сигналов электросвязи

На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными . Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения - электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы - передающая часть телеграфного аппарата.

Источник сообщения формирует сообщение a(t) , которое преобразуется в электрический сигнал s(t ) . В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной.

Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1. 3) .

Рисунок 1. 3 - Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)

На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.

В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.

Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи , а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом .

Компоненты сети

End Devices - Конечные устройства

Первым рассмотренным устройством будет конечное устройство или End Device. Именно эти конечные устройства обмениваются информацией между собой. Иногда информацию с конечного устройства запрашивает пользователь, а иногда такие устройства сами обмениваются данными без вмешательства пользователя. Так что же это за устройства?

Компонент сети End Devices или конечные устройства (их также называют хостами или узлами), это обычные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны, всевозможные смартфоны и коммуникаторы, планшеты, сервера, и даже компьютеризированные холодильники. Другими словами, конечные устройства - это те устройства, которые инициализируют процесс передачи данных, то есть именно они начинают передавать или запрашивать данные у други х конечных устройств.

Примером служат все перечисленные выше устройства: на компьютере мы можем начать передачу файла на сервер, или наоборот, «скачивать» данные с сайта (сервера) ; в дороге нас сопровождает ноутбук, с помощью которого мы пересылаем почту нашим друзьям и коллегам по работе (загружаем письма на почтовые сервера) ; с помощью мобильного телефона звоним домой или договариваемся о встрече (по сути, когда мы нажимаем на кнопку «Вызов» или «Позвонить», мы инициализируем звонок, начинаем передачу цифровых данных на сервер сотового оператора) ; смартфоны всячески помогают нам в общении (мессенджеры, видео) с друзьями и обмене фотками, загружают свежие прогнозы погоды; на планшет мы с сервера (магазина) загружаем игры и приложения, но перед загрузкой мы отправляем запрос серверу, чтобы он начал передавать нам файлы; сервера всегда передают нам те данные, которые мы запросили, будь то новые письма, погода, файлы и т. д. ; холодильники думаю, сумеют сами заказать овощей в интернет-магазине. Кстати, читать эту статью и вообще серфить в интернете, это тоже процесс передачи запросов на сервер и приема ответов в виде веб-страниц.

Network Media (medium) - Сетевые среды.

Если поставить 2 компьютера рядом друг с другом, то конечно же они не смогут обмениваться данными между собой. Их требуется чем-то соединить. Вот для этого к нам на помощь и приходит media.

Компонент сети Media - это среды передачи данных , то есть в том, или по чему передаются данные. Network Media - это металлические провода (медная витая пара, телефонный кабель), стекло (стекловолокно), или даже «воздух» (Bluetooth, Wi-Fi, 3G, LTE) . Под «воздухом» следует понимать среды передачи данных без участия проводов, то есть «беспроводные».

Вот теперь мы можем поставить два компьютера относительно рядом и соединить их либо проводом (например, медной витой парой или стекловолокном), либо с помощью беспроводной связи.

ва компьютера соединенных в сеть

Следует оговориться, что для соединения кабелем (витой парой, стекловолокном или другими кабелями) или беспроводной связью (IR, Bluetooth, Wi-Fi) требуется специальный сетевой адаптер или модем ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА ССЫЛКА. Теоретически, модем можно отнести к другим устройствам, не конечным, но пока мы можем считать их частью конечных устройств (например, в недалеком прошлом, модем в ноутбуке (или домашнем компьютере) являлся частью материнской платы, которая в свою очередь является одной из самых важных частей в конечном устройстве) .

В предыдущем абзаце я упомянул о каких-то других устройствах, отличных от конечных, пора рассказать и об этих важных сетевых устройствах.

Intermediary Devices - Промежуточные устройства

Соединив два компьютера между собой посредством провода, у нас не остается места для третьего. Конечно, для третьего и даже четвертого компьютеров можно добавить дополнительные сетевые карты (сетевые адаптеры) в каждый компьютер, но это не решит вопрос о надежном подключении ста компьютеров сеть, или даже тысячи компьютеров.

Вот тут-то мы начинаем задумываться о различных топологиях сети, но на данный момент лучше гибридной топологии ничего не придумали. В каждой гибридной топологии есть элемент от топологии звезды - некоторое связующее устройство или промежуточное устройство.

Компонент сети Intermediary Devices или Промежуточные устройства , это такие устройства, которые объединяют конечные устройства в локальные (или глобальные) сети передачи данных.

К промежуточным устройствам относятся: хабы (hubs), свитчи (switches, коммутаторы), роутеры (routers, маршрутизаторы), модемы (modems), беспроводные точки доступа (Wireless Access Point) и файерволы (firewalls, брендмауеры) .

Главное отличие у промежуточных устройств от конечных устройств заключается в том, что оно (промежуточное устройство) не инициализирует передачу данных, то есть не начинает первым отправку сообщений другим устройствам.

Еще одна оговорка: хоть маршрутизаторы обмениваются информацией (таблицами маршрутизации) между собой, цель этого процесса - поддержание актуальных сведений для обработки пакетов от конечных устройств, то есть они служат конечным устройствам.

А теперь про модемы, они присутствуют как в конечных устройствах (причем, как часть конечных устройств), так и отдельно. Я считаю, что обычные модемы (или карты расширения беспроводной связи) в ноутбуках, это часть конечного устройства, и поэтому относится к конечным устройствам. А внешние модемы, которые используются для преобразования оптоволоконной среды в пригодную для маршрутизатора, являются отдельными промежуточными устройствами.

Итак, улучшим нашу сеточку. Объединим все наши компьютеры (допустим 10 штук) в локальную сеть, соединив их все с одним коммутатором. Готово, сеть построена.

10 компьютеров объединенные в сеть с помощью коммутатора

Допустим, у нас есть две такие сети, из коммутатора и десяти компьютеров, соединим коммутаторы с маршрутизатором, и вот у нас уже 2 отдельные сети объединены в одну большую.

Объединение двух сетей с помощью роутера

На этом этапе физическая часть компонентов сети заканчивается и начинается программная часть.

Services and Processes - Сервисы (сетевые услуги) и процессы

Наряду с физическими устройствами важными компонентами компьютерной сети являются программные средства, сервисы и программные процессы .

Services and Processes или Сервисы и Процессы, это специальные сетевые программы, работающие на сетевых устройствах.

Сервисы. Ниже перечислю примеры популярных сервисов.

Когда мы заходим на веб-сайт, мы (точнее, наш браузер) сначала отправляем запрос на веб-сервер, где хранятся файлы запрашиваемого сайта, и уже специальный сервис (программный HTTP-сервер) обрабатывает запрос и отправляет к нам назад файл веб-страницы, которую (веб-страницу) мы и видим в браузере.

Еще популярный пример, это e-mail или электронная почта. Даже для того, чтобы проверить почту, наш почтовый клиент отправляет запрос к сервису MAIL-серверу, а он уже отвечает на запрос сообщением об имеющихся новых письмах.

Процессы. Процессы, в отличие от сервисов для нас невидимы, но они (процессы) гораздо более значимы для нас и нашей сети. Именно процессы функционирует и днем и ночью на маршрутизаторах, коммутаторах, беспроводных точках доступа и прочем сетевом оборудовании.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.