Материал: Сети передачи данных

Сети передачи данных

Содержание

Введение

. Историческое развитие сетей передачи данных

. Виды сетей передачи данных

.1 Телеграфные и телефонные сети

.2 Компьютерные сети

.2.1 Типы территориальной распространенности

.2.2 Типы функционального взаимодействия

.2.3 Типы сетевой топологии

.3 Коммутируемые сети

.4 Некоммутируемые сети

. Принципы использования оборудования сети

.1 Коммутация каналов

.2 Коммутация пакетов

.3 Коммутация сообщений

.4 Коммутация ячеек

. Оборудование сетей

Заключение

Список использованной литературы:

Введение

Нужда в передаче данных у людей возникла задолго до создания первого компьютера. Пожалуй, первая передача данных состоялась в 1837 году, когда Сэмюеле Морзе был изобретен электромеханический телеграф.

Именно это изобретение послужило точкой отсчета создания сетей передачи данных. Но все же современные компьютерные сети передачи данных начались в шестидесятых годах прошлого века. Тогда основным средством передачи информации стали телефонные сети. И тогда постепенно компьютеры начали играть все более заметную роль в военном деле, в образовании и в иных отраслях.

Сеть передачи данных - совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединенных каналами передачи данных и коммутирующими устройствами (узлами сети), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами.

Технология передачи информации, возможно, в большей степени, чем любые другие технологии, оказывает влияние на формирование структуры мирового сообщества. Возможность доступа к важнейшим событиям, происходящим в мире, свидетельствует о могуществе сетей передачи данных, обеспечивающих мгновенную доставку неподверженной цензуре информации широкой мировой аудитории.

Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый, высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Первоначально сети использовались главным образом для научных исследований, но затем они стали проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существовало совершенно независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбирались те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Одним нужна высокоскоростная сеть для соединения машин в пределах здания, а другим - надежные коммуникации между компьютерами, разнесенными на сотни километров. Тогда возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть, в которой использовались бы как соединения на физическом уровне, так и новый набор специальных "соглашений" или протоколов. Эта технология, получившая название internet, должна была позволить компьютерам "общаться" друг с другом независимо от того, к какой сети и каким образом они подсоединены.

Когда возникла задача создания сетей передачи данных для ЭВМ, естественным, прежде всего, было обращение к столетнему опыту работы с телеграфными сетями. Так, опыт работы с телеграфными сетями с промежуточным накоплением (переприем телеграмм с переносом перфоленты) пригодился при создании сетей передачи данных с коммутацией сообщений, а с сетями абонентского телеграфа (телекса) - для создания сетей передачи данных с коммутацией каналов. Важную роль в развитии сетей передачи данных сыграл научно-технический прогресс. Он позволил в течение сравнительно небольшого периода времени (несколько десятилетий) перейти от бумажных перфолент и перфокарт к магнитным лентам, а затем к магнитным дискам, полупроводниковым и оптическим запоминающим устройствам.

Одновременно огромный скачок произошел в технике защиты передачи от помех. От простых способов обнаружения ошибок путем проверки перфоленты на четность числа пробитых в ней отверстий удалось перейти к высоконадежным кодам не только обнаруживающим, но и исправляющим ошибки. Самое же главное, была создана микроэлектронная база. Она позволила сделать сложную аппаратуру компактной и экономичной по расходу электроэнергии. Все это открыло возможности построения технических средств передачи с огромной скоростью и ознаменовало наступление новой эпохи развития документальной связи.

С одной стороны, сети передачи данных представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.

С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

1. Историческое развитие сетей передачи данных

Первыми сетями передачи информации были телефонные и телеграфные сети с ручными коммутаторами.

Недостаток ранней телефонии заключался в отсутствие документирования. Преимущество - передача в реальном масштабе времени в условиях помех.

Недостатком ранней телеграфии была необходимость в присутствии человека-интерпретатора при передаче, его ошибки и медленная работа. Преимуществом являлось возможность документирования.

Для устранения ошибок ввода знаков в телеграфии применили буквопечатающие аппараты. Скорость передачи увеличилась до предельной путем предварительной подготовки телеграмм на перфоленте и передачи с нее в канал связи в автоматическом режиме. Однако проявилось влияние помех каналов связи.

Для повышения скорости передачи и экономии линий связи нашло применение "уплотнение" телефонных каналов телеграфными, путем выделения части телефонного спектра для получения одного или нескольких телеграфных каналов. Телеграфный сигнал преобразовывался в попеременную передачу тонального сигнала на двух частотах. Одновременно было достигнуто повышение помехоустойчивости телеграфии. Однако проявились перекрестные помехи между телеграфными и телефонными каналами.

Для устранения влияния перекрестных помех между телефонным и телеграфными каналами применили прием полного занятия полосы звуковых частот телефонного канала телеграфными каналами. Получили перекрестные помехи между множеством уплотненных телеграфных каналов.

Для повышения помехоустойчивости многоканальной телеграфии по телефонному каналу применили избыточное кодирование телеграфных сигналов. Получили множество телефонных каналов без телефонии, но с множеством защитных полос частот между телефонными каналами.

Перешли на широкополосные каналы и получили высокоскоростные каналы передачи данных, объединив множество телеграфных каналов в единый, занятый во всей полосе частот.

В телефонии для исключения влияния человеческого фактора применили автоматические телефонные станции (АТС) и в совокупности с достижениями телеграфии получили первую сеть передачи данных с коммутацией каналов. Для сохранения информации нашла применение звукозапись. Таким образом, в узлах сети сосредоточилось множество достаточно сложного автоматического оборудования. Такой принцип использования оборудования сети привел к неэффективному использованию, как пропускной способности каналов связи, так и оборудования в узлах сети, что стало особенно заметно в случае передачи дискретных сообщений.

Для передачи коротких дискретных (на первых порах телеграфных) сообщений не было необходимости передавать их в реальном времени: можно было допустить некоторую случайную задержку с целью выравнивания нагрузки на каналы связи, однако это достигалось необходимостью хранить сообщения в узлах сети. Таким образом, в узлах сети появилась "буферная память" значительной емкости, которая в основном простаивала пустой.

Выровнять нагрузку на каналы связи и буферную память оказалось невозможным. Для обеспечения гарантированного времени доставки сообщений буфер памяти в среднем должен быть задействован не более чем на несколько процентов. В связи с этим размеры памяти и пропускную способность каналов связи нарастили до величины достаточной для взаимодействия между ЭВМ, разноразмерные сообщения разделили на пакеты и пустили пакеты по разным маршрутам с тем, чтобы собрать в узле назначения. На основе излишков памяти организовали хранение пользовательской информации с таким расчетом, чтобы резерв памяти обеспечивал гарантированное время доставки высокоприоритетных сообщений.

По мере совершенствования средств вычислительной техники появились сети передачи и обработки данных сначала с использованием типовых каналов и трактов телефонных и телеграфных сетей, а затем с помощью специализированных сетей передачи данных. Первая попытка создания сети с пакетной коммутацией была сделана в Национальной физической лаборатории в Великобритании в 1966 г., а в 1968 г. в США была начата разработка сети с пакетной коммутацией Arpanet, ставшей предтечей Internet.

К началу 90-х гг. Internet объединяла уже сотни отдельных сетей в США и Европе. К мировой Сети помимо научных институтов и университетов стали подключаться компьютерные компании и большие корпорации нефтяной, автомобильной и электронной индустрии, а также телефонные компании. Кроме того, многие организации использовали TCP/IP для создания своих корпоративных сетей, которые не являются компонентами большой Internet. В наши же дни Internet проникает буквально во все сферы человеческой жизни, и сейчас уже всерьез говорят о влиянии мировой сети на наше мировоззрение и мировосприятие.

2. Виды сетей передачи данных

Классификация сетей передачи данных весьма разнообразно, но в основном определяется видами передаваемых сообщений, средой распространения сигналов и способами распределения информации: коммутируемые или некоммутируемые сети передачи сообщений.

2.1 Телеграфные и телефонные сети

Телефонные, телеграфные сети - сети, в которых оконечными устройствами являются простые преобразователи сигнала между электрическим и видимым/слышимым.

Телеграфная сеть строится по радиальноузловому принципу.

Данная сеть делится на:

сеть общего пользования, оконечными пунктами которой являются почтовые отделения связи;

абонентская телеграфная сеть, оконечными пунктами которой являются различные предприятия, организации, банки, фирмы, у которых имеются телеграфные аппараты.

В качестве оконечных абонентских устройств используются телеграфные аппараты и ПЭВМ, включенные в телеграфный канал через адаптер (устройство сопряжения).

Структурная схема организации телеграфной сети приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема организации телеграфной сети

Т - телеграфный аппарат; АЛ - абонентская линия; КТ - телеграфный канал; УП1 - узловой пункт; УП2 - узловой пункт; УП3 - узловой пункт. Между собой УП3 соединены по принципу «каждый с каждым».

2.2 Компьютерные сети

сеть передача данные коммутация

Компьютерная сеть (вычислительная сеть, сеть передачи данных) - система связи компьютеров или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило - различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения.

Компьютерные сети разделяют на множество видов по разным признакам.

2.2.1 Типы территориальной распространенности

PAN (Personal Area Network) - персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.(Local Area Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.(Campus Area Network - кампусная сеть) - объединяет локальные сети близко расположенных зданий.(Metropolitan Area Network) - городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.(Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети. Глобальные сети являются открытыми и ориентированы на обслуживание любых пользователей.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

2.2.2 Типы функционального взаимодействия

Клиент-сервер - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Смешанная сеть - (частично централизованные сети, гетерогенные сети; heterogeneous computer network) - архитектура сети, в которой имеется ряд серверов, образующих между собой одноранговую сеть. Конечные пользователи подключаются каждый к своему серверу по схеме «клиент-сервер». Поиск информации возможен в онлайновом режиме, как на своем сервере, так и (через него) на других серверах сети. Достоинством смешанных сетей является реализованная в них возможность производства одновременного поиска на большом числе компьютеров. Основной недостаток - пониженная надежность работы сети.

Одноранговая сеть - это оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. В такой сети отсутствуют выделенные серверы, а каждый узел (peer) является как клиентом, так и сервером. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация позволяет сохранять работоспособность сети при любом количестве и любом сочетании доступных узлов. Участниками сети являются пиры.

Многоранговые сети - это сеть, в состав которой входят один или несколько выделенных серверов. Остальные компьютеры такой сети (рабочие станции) выступают в роли клиентов.

2.2.3 Типы сетевой топологии

Топология типа общая шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. Топология показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Топология Шина

Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. На рисунке 3 показано соединение между компьютерами при данной топологии.

Рисунок 3 - Топология Кольцо

Звезда - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано. Топология показана на рисунке 4.