(Тема)
Современные АСУ ТП содержат десятки взаимодействующих между собой устройств (ПЛК, ПК, рабочие станции), которые разнесены на десятки, сотни и даже тысячи метров. Данные цифровые устройства работают в промышленной среде, характеризирующейся высоким уровнем помех, запыленностью, повышенной температурой, агрессивностью окружающей среды, вибрациями. К каналам связи АСУ ТП предъявляют высокие требования по быстродействию и достоверности информации. Канал связи состоит из оконечной аппаратуры и линий передач (рис. 1).
Рис. 1. Структура цифрового канала передачи информации:
ИИ – источник информации; КИ – кодер источника; КК – кодер канала; М – модулятор;
ЛС – линия связи; ИП – источник помех; ДМ – демодулятор; ДКК – декодер канала;
ДКИ – декодер источника; П – приемник информации
КИ имеет целью обеспечить такое кодирование, при котором путем устранения избыточности существенно снижается число символов , требуемых на букву сообщения. С помощью КК обеспечивается заданная достоверность передачи сигнала путем введения избыточности. М преобразует цифровой сигнал в аналоговый. ДМ преобразует аналоговый сигнал в цифровой. ДКК проверяет достоверность и убирает избыточность.
Выбор состава устройств цифрового канала связи осуществляется исходя из особенностей передачи информации в промышленной среде. При этом возможны следующие варианты:
· Если избыточность источника мала, а помехи в канале отсутствуют, то введение КИ и КК нецелесообразно (а также ДКИ и ДКК);
· Если избыточность высока, а помехи незначительны, то целесообразно включать КИ (ДКИ), а КК (ДКК) исключить;
· Если избыточность мала, а помехи велики, то включается только КК.
На физическом уровне сигналы, как носители информации, могут быть двух видов:
- Аналоговые (непрерывные);
- Цифровые (конечный набор значений).
С точки зрения практической реализации цифровой сигнал
проще и дешевле, но имеет существенный недостаток – подвержен искажениям при
передаче по линиям связи (рис. 2.2). При передаче же аналогового сигнала
изменяется только амплитуда,
а форма сигнала сохраняется. Поэтому при передаче информации на большие
расстояния используют аналоговые сигналы, вводя в канал связи модуляторы и
демодуляторы.
Смысл
модуляции заключается в том, что основной сигнал передается с помощью другого
сигнала путем изменения его амплитуды, частоты или фазы по определенному
закону. В качестве несущего сигнала принимается чаще всего синусоида высокой
частоты, обладающая хорошей помехозащищенностью, которая позволяет использовать
одну линию связи как многоканальную, в которой каждый источник сигнала
использует свою частоту.
На рис. 3 показана амплитудная модуляция синусоиды импульсным сигналом.
При частотной модуляции изменяется частота несущей синусоиды, например: для передачи «1» используется частота f 1 , а для «0» – f 2 =0,5 f 1 . Частотная модуляция применяется в низкочастотных модемах от 300 до 1200 бод (1 бод = 1 бит/с).
Рис. 2. Аналоговый А и и цифровой Ц и сигналы источников и аналоговый А и и цифровой Ц п сигналы на входе приемников
Рис. 3. Амплитудная модуляция несущего сигнала А цифровым сигналом Ц
При фазовой модуляции используются два постоянных несущих сигнала (для «0» и «1»), сдвинутых по фазе на 180°. Чаще используют другой способ фазовой модуляции, при которой сдвиг по фазе на 90° по отношению к текущему сигналу указывает на то, что передается «0», а на 270° – «1».
Кодирование информации источника позволяет, используя небольшое число символов в алфавите кода (в частности «0» и «1»), передавать любую информацию. Большинство кодов, применяемых при кодировании информации источника, основаны на системах счисления. Наиболее распространенным является двоично-десятичный код (8-4-2-1).
Недостаток взвешенных кодов заключается в том, что при передаче под действием помех может исказиться любой символ, причем искажение символов в старших разрядах опаснее, чем в младших, поэтому чаще используют не взвешенные коды, у которых ошибки будут одинаковыми для всех разрядов.
Помехоустойчивое кодирование основано на принципе Шеннона: при любой скорости передачи двоичных символов меньшей, чем пропускная способность канала, существует такой код, при котором вероятность ошибочного декодирования сколь угодно мала. Построение такого кода достигается введением избыточностей. Наиболее часто используют блоковые коды, когда информация передается в виде кодовых комбинаций (блоков равной длины), при этом к каждому блоку добавляется n символов, например, код на четность, когда каждому блоку добавляется в КК «0» или «1», чтобы число единиц в кодовой комбинации было всегда четным. В ДКК осуществляется автоматическая проверка на четность. Кроме кода на четность используют коды с постоянным весом, где вес – это число единиц, содержащихся в кодовых комбинациях. Недостаток таких кодов – большая избыточность.
К помехозащищенным кодам относятся также циклические коды, характеризуемые циклической перестановкой всех символов в кодовой комбинации.
Передача данных от источника к приемнику информации может осуществляться параллельным и последовательным способами. При параллельной передаче все элементы (биты) цифрового слова посылают в линию связи одновременно. При последовательном способе биты цифрового слова передаются от источника к приемнику последовательно по времени (друг за другом). Последний способ позволяет решать задачи по надежной и экономичной передаче данных на большее расстояние, однако, по сравнению с параллельным имеет большее время передачи, которое увеличивается пропорционально длине цифрового слова.
Синхронизация передаваемых данных может быть обеспечена тремя путями:
- Синхронная передача сигнала;
- Асинхронная передача сигнала;
- Передача сигнала с автоподстройкой.
При синхронном способе передачи сигнала между передатчиком ПРД и приемником ПРМ, кроме линии передачи данных, существует отдельная линия передачи сигналов синхронизации от общего тактового генератора ТГ (рис. 4).
Рис. 4. Синхронная передача сигнала
Синхронный способ применяется в тех случаях, когда необходимо передавать большие блоки информации, при этом весь блок передается как одно целое. Блоки (кадры) информации отделяются друг от друга одним или несколькими байтами, что необходимо для разделения приемником цепочки бит на блоки.
Асинхронный способ применяется тогда, когда передаваемые данные генерируются в произвольные моменты времени. При данном способе принимающее устройство должно устанавливать синхронизацию в начале каждого передаваемого блока информации, но при этом не требуется отдельная линия синхронизации. Тактовые генераторы имеют и приемник и передатчик. При асинхронном способе с последовательным типом передачи информации поток передаваемых бит делится на кадры, при этом каждый кадр содержит стартовый бит, который включает процесс синхронизации, и стоповый бит (рис. 5). Так как частоты на приемной и передающей стороне могут отличаться друг от друга (до 3 %), стоповый бит может иметь длину от 1,5 до 2 бит. Бит паритета P добавляется к передаваемому байту для контроля кода на четность (или нечетность) с целью обеспечения достоверности передаваемой информации.
Рис. 5. Структура передаваемого кадра (байта) при асинхронном способе передачи данных
Стартовый бит (логический «0») каждого следующего байта посылается в любой момент времени, т.е. между передачей возможны паузы произвольной длины, при этом запускается стартовый генератор приемника, начинается прием информации. Недостатком является то, что скорость передачи очень низкая – 9600–19600 бод. Для повышения скорости в асинхронном режиме иногда используют манчестерский код, в котором синхронизируется передача каждого бита, поэтому последовательность бит в кадре может быть любой длины. После каждого простоя осуществляется предварительная синхронизация тактовым генератором, которая достигается посылкой последовательных битов (преамбула).
Передача данных (обмен данными , цифровая передача, цифровая связь) - физический перенос данных (цифрового битового потока) в видесигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу передачи данных, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, ВОЛС, беспроводные каналы передачи данных или запоминающее устройство.
Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, идущими из источника данных, например, из компьютера или от клавиатуры. Это может быть и аналоговый сигнал - телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, используя импульсно-кодирующую модуляцию (PCM) или более расширенные схемы кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Кодирование источника и декодирование осуществляется кодеком или кодирующим оборудованием.
Частотное и временное разделение каналов
Временное мультиплексирование
Временное мультиплексирование – так же иногда называется мультиплексирование с разделением по времени. По англ. TDM (Time Division Multiplexing).
Т.е. у нас есть множество потоков данных, которое нам нужно передать, и мы назначаем поочередно каждому из этих потоков интервал времени. Поэтому каждый передающийся поток будет знать свое время передачи данных. Временное мультиплексирование используется в колонках, когда происходит чередование правой колонки с левой. Так же технологию TDM используют, когда нужно передать несколько телефонных звонков по одному каналу.
Частотное разделение
Частотное разделение – так же иногда его называют мультиплексирование с разделением по частоте. По англ. FDM (Frequency Division Multiplexing). Обычно диапазон частот пропускного канала велик и мы можем каждому из потоков присвоить свой частотный канал, по которому будет передаваться только он.
Частотное разделение имеет широкое применение. Например, радио, где каждой волне соответствует своя частота; на телевидении каждому каналу так же присвоена своя частота вещания.
По каналам передаются данные, которые называются трафиком. Трафик – общее количество пройденных данных по каналу связи в Мбитах.
Проводные линии связи
Кабельные линии связи
Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.
Витая пара (twisted pair) - кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.
Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.
Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.
Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.
Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.
Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.
Кабельные оптоволоконные каналы связи . Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.
Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.
Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.
Беспроводные линии связи
Биты данных могут передаваться в виде аналоговых или цифровых сигналов. Для передачи информации обычно используется одна из характеристик сигнала: амплитуда, частота, фаза. При использовании аналоговых сигналов, характеристика (например, амплитуда) может принимать любое значение из некоторого непрерывного интервала. При использовании цифровых сигналов, характеристика может принимать значения только из некоторого конечного набора (в простейшем случае, одно из двух значений).
На этом уровне вместо битовой скорости (бит/с) используют понятие скорости изменения сигнала в линии или бодовой скорости (бод, baud). Эта скорость представляет собой число изменений различаемых состояний линии за единицу времени. В случае двухуровневого кодирования битовая и бодовая скорости совпадают, но с увеличением количества различимых уровней, битовая скорость растет, а бодовая остается постоянной.
Передача данных может происходить по кабелю (в этом случае говорят об ограниченной среде передачи и проводных линиях связи) и с помощью электромагнитных волн той или иной природы – инфракрасных, микроволн, радиоволн, – распространяющихся в пространстве (неограниченная среда передачи, беспроводные линии связи).
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Общие принципы построения сетей
Общие принципы построения сетей функциональные возможности сетей структурная организация компьютерной сети..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Функциональные возможности сетей
Польза от использования сетей может относиться к разным категориям.
Во-первых, прямое общение людей (коммуникация). При этом сеть используется как среда, передающая от одно
Сети разного масштаба
Организация сети и ее структура непосредственно зависят от используемых компьютеров и расстояний между ними. Наиболее очевидны различия в организации сетей разных масштабов. Принято различать сети:
Среды передачи данных
Передача данных может происходить по кабелю (в этом случае говорят об ограниченной или кабельной среде передачи) и с помощью электромагнитных волн той или иной природы – инфракрасны
Режимы передачи данных
Сети делятся на два класса, различающиеся способом использования канала передачи данных: сети с селекцией данных и маршрутизацией данных.
В сетях с селекцией данных
Способы коммутации
Коммутация является необходимым элементом связи узлов между собой, позволяющим сократить количество необходимых линий связи и повысить загрузку каналов связи. Практически невозможно
Архитектура СПО
Наиболее существенным отличительным признаком сетевого программного обеспечения (СПО) является его принципиально распределенный характер: различные компоненты должны выполняться на
Основные модели взаимосвязи открытых систем
Международная организация по стандартизации (МОС, International Standardization Organization, ISO) предложила в 1978 г. эталонную модель взаимодействия открытых систем
Эталонная модель ВОС
При разработке модели ВОС выделение уровней базировалось на следующих принципах:
- каждый уровень должен выполнять отдельную функцию,
- поток информации между уров
Аналоговая модуляция
Поскольку сети связывают цифровые компьютеры, по каналу связи необходимо передавать дискретные данные. Соответственно, при использовании аналоговых сигналов необходимо некоторое пре
Протоколы, поддерживаемые модемами
Все модемные протоколы можно разделить на международные и фирменные. Часто фирменный протокол, разработанный той или иной компанией, реализуют и другие производители модемов, он ста
Режимы передачи
Режим передачи определяет способ коммуникации между двумя узлами. При симплексном (simplex) режиме приемник и передатчик связывается линией связи, по которой информ
Асинхронная, синхронная, изохронная и плезиохронная передача
Для последовательной передачи данных достаточно одной линии, по которой могут последовательно передаваться биты данных. Приемник должен уметь распознавать, где начинается и где зака
Витая пара
В настоящее время среди сетевых кабелей наиболее распространена витая пара, представляющая собой пару переплетенных проводов. При этом вряд ли вы получите работающую витую пару, взя
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических проводников, разделенных слоем диэлектрика. Внешний проводник при этом экранирует внутренний. Такой кабель меньше, чем витая пара
Волоконно-оптический кабель
Помимо металлических проводников, при построении сетей используются также и стеклянные (точнее, кварцевые) – волоконно-оптические кабели, передающие данные посредством световых волн. Сердечник тако
Инфракрасные волны
Инфракрасные каналы работают в диапазоне высоких частот вплоть до 1000 ГГц, где сигналы мало подвержены влиянию электромагнитных помех, следовательно, передача данных может осуществляться на высоко
Радиоволны, широкополосные сигналы
Организация радиоканала, как правило, осуществляется в диапазонах частот около 900 МГц, 2.4 ГГц и 5.7 ГГц. Для работы в этих диапазонах в США не требуется никакого лицензирования (в
Спутниковая связь
В зависимости от высоты орбиты, спутники делятся на геостационарные и низкоорбитальные.
Cпутники, находящиеся на высоте около 36 тыс. км над экватором, согласно третьему за
Сотовая связь
Сотовая связь основана на применении кабельных и беспроводных каналов на тех участках, где они могут проявить свои сильные стороны. Базовая структура сети создается на основе высоко
Количество информация и энтропия
Источник информации, который может в каждый момент времени находиться в одном из возможных состояний, называется дискретным источником информации. Будем называть конечное множество
Свойства энтропии
1. Энтропия является неотрицательной вещественной величиной. Это так, поскольку вероятность лежит в интервале от 0 до 1, ее логарифм отрицателен, а значение –pilog p
Качество обслуживания
Качество обслуживания (Quality of Service, QoS) сетью потребителя ее услуг определяется, в основном, производительностью и надежностью. Производительность характеризуется следующими
Кодирование информации
При передаче цифровой информации с помощью цифровых сигналов применяется цифровое кодирование, управляющее последовательностью прямоугольных импульсов в соответствии с последователь
Логическое кодирование
Некоторые разновидности цифрового кодирования очень чувствительны к характеру передаваемых данных. Например, при передаче длинных последовательностей логических нулей посредством по
Самовосстанавливающиеся коды
Одним из средств борьбы с помехами являются самовосстанавливающиеся(корректирующие) коды, позволяющие не только обнаружить, но и исправить ошибки при приеме.
Систематические коды
Другой подход к построению кодов – разделение разрядов кода на информационные и контрольные. Такие коды называются систематическими. Пусть всего в коде n разрядов, из них k – информ
Алгоритмы сжатия данных
В общем смысле под сжатием данных понимают такое их преобразование, что его результат занимает меньший объем памяти. При этом (по сравнению с исходным представлением) экономится пам
Алгоритм RLE
Самый простой из словарных методов – RLE (Run Length Encoding, кодирование переменной длины) умеет сжимать данные, в которых есть последовательности повторяющихся байтов. Упакованны
Алгоритм Лемпела-Зива
Наиболее широко используются словарные алгоритмы из семейства LZ, чья идея была описана Лемпелом и Зивом в 1977 году. Существует множество модификаций этого алгоритма, отличающихся
Кодирование Шеннона-Фано
Методы эффективного кодирования сообщений для передачи по дискретному каналу без помех, предложенные Шенноном и Фано, заложили основу статистических методов сжатия данных. Код Шенно
Алгоритм Хаффмана
Алгоритм Хаффмана гарантирует однозначное построение кода с наименьшим для данного распределения вероятностей средним числом символов кода на символ сообщения. На первом шаге подсчи
Основные характеристики локальных сетей
Локальные сети расположены на небольшой площади – комната, здание, несколько соседних зданий. Максимальное расстояние между компьютерами – несколько сотен метров. Количество компьют
Маркерные методы доступа
Метод передачи маркера относится к селективным детерминированным одноранговым методам доступа. Сети с шинной топологией, использующие передачу маркера, называются сетями типа “марке
Стандарты группы IEEE 802
Комитет 802 института IEEE был создан в 1980 году с целью выработки стандартов для локальных сетей. Результаты работы этого комитета (группа стандартов IEEE 802.x) легли в основу ме
Протокол управления логическим каналом IEEE 802.2
Стандарт 802.2 описывает работу подуровня LLC – логические процедуры передачи кадров и связь с сетевым уровнем. Стандарт определяет три типа обслуживания:
- LLC1 – без уста
Технология Ethernet
Технология Ethernet была разработана в исследовательском центре компании Xerox в середине 1970-х годов. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox выпустили вторую фирменную версию станда
Форматы кадров Ethernet
В сетях Ethernet могут применяться кадры четырех форматов:
- Ethernet II (Ethernet DIX)
- Ethernet 802.2
- Ethernet 802.3
- Ethernet SNAP.
Технология Token Ring
Технология Token Ring (маркерное кольцо) была разработана фирмой IBM в конце 1970-х годов. Спецификации IEEE 802.5 практически повторяют фирменные спецификации, отличаясь лишь в нек
Маркерный метод доступа
Token Ring – это наиболее распространенная технология локальной сети с передачей маркера. В таких сетях циркулирует (передается станциями друг другу в определенном порядке) специаль
Система приоритетного доступа
Сети Token Ring гарантируют, что каждая станция будет получать право на передачу данных не реже, чем раз в установленный интервал времени. Кроме того, используется система приоритет
Оборудование Token Ring
Концентратор Token Ring (MSAU) представляет собой набор блоков TCU (Trunk Coupling Unit – блок подключения к магистрали), к которым отдельными радиальными кабелями (lobe cabling) по
Технология FDDI
Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный интерфейс распределения данных) разработана и стандартизована институтом ANSI (в 1986-1988 гг. – группа X3T9.5, п
Высокоскоростные технологии локальных сетей
10.1. Технология Fast Ethernet 100Мбит/с
В 1995 году комитет IEEE 802.3 принял стандарт IEEE 802.3u (дополнительные главы к стандарту IEEE
Технология 100VG-AnyLAN
Комитет IEEE 802.12 в 1995 году принял технологии 100VG-AnyLAN, использующую новый метод доступа Demand Priority (приоритет запросов) и поддерживает кадры двух форматов – Ethernet и
Сетевые адаптеры
Сетевой адаптер (с драйвером) реализуют физический уровень и подуровень MAC канального уровня. Основная функция сетевого адаптера – передача и прием кадров между компьютером и средо
Концентраторы
Основная функция концентратора – повторение каждого полученного сигнала на всех (для Ethernet) или на некоторых портах. Соответственно, наиболее общее название для такого рода устро
Коммутаторы
Коммутатор (switch) функционально представляет собой высокоскоростной многопортовый мост, способный одновременно связывать несколько узлов на максимальной скорости, обеспечиваемой с
Алгоритм покрывающего дерева
Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) описан в стандарте IEEE 802.1D и позволяет ликвидировать петли в сети (если в сети есть кольцевые маршруты, это может при
Составные сети
Сеть рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork, internet), а ее части – п
Принципы маршрутизации
Маршрутизатор, как и, например, мост, имеет несколько портов и должен для каждого поступающего пакета решить – отфильтровать его или передать на какой-то другой порт.
Как и
Протокол IP
Протокол IP (Internet Protocol, Протокол межсетевого взаимодействия) описан в RFC 791. Основная функция протокола IP – передача пакетов между узлами, принадлежащими к разным подсетя
Фрагментация IP-пакетов
На пути пакета от отправителя к получателю могут встречаться локальные и глобальные сети разных типов с разными допустимыми размерами полей данных кадров канального уровня (Maximum
Протокол ARP
Протокол ARP (Address Resolution Protocol, Протокол Разрешения Адресов) описан в RFC 826.
При передаче пакетов внутри локальных сетей протоколы канального уровня пользуются
Протокол ICMP
Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol, Протокол Управляющих Сообщений Интернет) описан в RFC 792.
Он используется для сообщений об ошибках или нештатных ситуация
Протокол UDP
Протокол UDP (User Datagram Protocol, Протокол пользовательских дейтаграмм) описан в RFC 768. Он предоставляет прикладным процессам простейшие услуги транспортного уровня. Две основ
Протокол TCP
Протокол TCP (Transmission Control Protocol, Протокол управления передачей) описан в RFC 793. Он обеспечивает надежную передачу потока данных, используя сервис передачи дейтаграмм п
Служба DNS
Служба именования доменов (DNS, Domain Name System) описана в RFC и предназначена для установления глобального соответствия между символическими имена узлов и их IP-адресами. На ран
Протокол сетевого управления SNMP
Учитывая важность функции управления, для этих целей создано два протокола SNMP(simple network management protocol, RFC 1157, 1215, 1187, 1089 разработан в 1988 году) и CMOT (common
Технология X.25
Глобальные сети X.25 основаны на коммутации пакетов, и долгое время являлись единственными сетями с коммутацией пакетов, гарантирующими готовность. Структурно сеть X.25 состоит из
Технология Frame Relay
Сети с ретрансляцией кадров(Frame Relay) представляют собой сети с коммутацией пакетов, ориентированные на цифровые линии связи со скоростью до 2 Мбит/с. Frame Rela
Структура кадра Frame Relay
…
…
N-3
N-2
N-1
N
Плезиохронная цифровая иерархия
Плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) разработана корпорацией AT&T (Bell Labs) в 1960-х годах для передачи множества потоков оцифрованной голос
Синхронная цифровая иерархия
Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy) разработана компанией Bellcore в 1980-х годах (под названием “Синхронные оптические сети” – Synchronous Optical NETs, SO
Интерфейсы ISDN
Абонент получает услуги ISDN на терминальном оборудовании (TE, Terminal Equipment): компьютере, телефонном аппарате, факсимильном аппарате, мини-АТС, маршрутизаторе
Основные принципы технологии ATM
Технология Асинхронного режима доставки(АРД, ATM, Asynchronous Transfer Mode) разрабатывалась как единый универсальный транспорт для передачи разнородного трафика п
Стек протоколов ATM
Стек протоколов соответствует нижним уровням модели ВОС и включает три уровня:
- Физический уровень (Physical layer) определяет способы передачи в зависимости от среды. Физ
Уровень адаптации AAL
Уровень адаптации содержит подуровень сборки и сегментации (SAR, Segmentation And Reassembly) и подуровень конвергенции (CS, Convergence Sublayer).
Технологии распределенных вычислений
Программы, работающие в сети и совместно решающие ту или иную задачу, часто бывает удобно считать частями одного приложения. Такое приложение называют распределенным. Распределенным
Удаленный вызов процедур
Удаленный вызов процедур (remote procedure call, RPC) – это технология взаимодействия прикладных программ, выполняющихся на разных узлах, разработанная корпорацией Sun Microsystems
Среда передачи данных – совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т. е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.
Линия передачи данных – средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.
Характеристиками линий передачи данных выступают зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибеллах, 1 дБ = 10 Ig (Р1/Р2), где Р1 и Р2 – мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.
При заданной длине можно определить полосу пропускания (полосу частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т. е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная -п числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.
Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.
Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли–Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на Iog 2 k бит, где k – число возможных дискретных значений сигнала), бит/с,
V = 2 F Iog 2 k,
где k = 1 + А; А – отношение мощности сигнала/мощности помехи.
Канал (канал связи) – средство односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация, т. е. линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени, или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM – Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
Канал передачи данных – средства двустороннего обмена данными, включающие АКД и линию передачи данных.
По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные – радио- и инфракрасными каналами.
В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых каналах для согласования параметров среды и сигналов применяют амплитудную, частотную, фазовую и квадратурно-амплитудную модуляции. В цифровых каналах для передачи данных используют самосинхронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов – кодово-импульсную модуляцию.
Первые сети ПД были аналоговыми, поскольку использовали распространенные телефонные технологии. Но в дальнейшем устойчиво растет доля цифровых коммуникаций (это каналы типа Е1/Т1, ISDN, сети Frame Relay, выделенные цифровые линии и др.).
В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в обоих направлениях).
В зависимости от числа каналов связи в аппаратуре ПД различают одно- и многоканальные средства ПД. В локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных обычно используют временное мультиплексирование, в аналоговых каналах – частотное разделение.
Если канал ПД монопольно используется одной организацией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым или виртуальным (общего пользования).
Аналоговые каналы передачи данных . Наиболее распространенным типом аналоговых каналов являются телефонные каналы общего пользования (каналы тональной частоты). В каналах тональной частоты полоса пропускания составляет 0,3...3,4 кГц, что соответствует спектру человеческой речи.
Для передачи дискретной информации по каналам тональной частоты необходимы устройства преобразования сигналов, согласующие характеристики дискретных сигналов и аналоговых линий. Кроме того, в случае непосредственной передачи двоичных сигналов по телефонному каналу с полосой пропускания 0,3...3,4 кГц скорость передачи не превысит 3 кбит/с. Действительно, пусть на передачу одного бита требуются два перепада напряжения, а длительность одного перепада ТВ =
= (3...4)/(6,28 FB), где FB – верхняя частота полосы пропускания. Тогда скорость передачи есть В < 1/(2 ТВ).
Согласование параметров сигналов и среды при использовании аналоговых каналов осуществляется с помощью воплощения сигнала, выражающего передаваемое сообщение, в некотором процессе, называемом переносчиком и приспособленном к реализации в данной среде. Переносчик в системах связи представлен электромагнитными колебаниями U некоторой частоты, называемой несущей частотой:
U = U m sin (w t + у),
где U m – амплитуда; w – частота; у – фаза колебаний несущей.
Изменение параметров несущей (переносчика) по закону передаваемого сообщения называется модуляцией. Если это изменение относится к амплитуде U m , то модуляцию называют амплитудной (AM), если к частоте w – частотной (ЧМ), и если к фазе у – фазовой (ФМ). При приеме сообщения предусматривается обратная процедура извлечения полезного сигнала из переносчика, называемая демодуляцией. Модуляция и демодуляция выполняются в устройстве, называемом модемом.
Модем – устройство преобразования кодов и представляющих их электрических сигналов при взаимодействии аппаратуры окончания канала данных и линий связи. Слово «модем» образовано из частей слов «модуляция» и «демодуляция», что подчеркивает способы согласования параметров сигналов и линий связи – сигнал, подаваемый в линию связи, модулируется, а при приеме данных из линии сигналы подвергаются обратному преобразованию (рис. 3.24).
Рис. 3.24. Связь узлов сети с помощью модемов: М – модем; Т – терминал; КК – кластерный контроллер
Модем выполняет функции аппаратуры окончания канала данных.
В качестве оконечного оборудования обычно выступает компьютер, в котором имеется приемопередатчик – микросхема DART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Приемопередатчик подключается к модему через один из последовательных портов компьютера и последовательный интерфейс RS-232C, в котором обеспечивается скорость не ниже 9,6 кбит/с на расстоянии до 15 м.
Более высокая скорость (до 1000 кбит/с на расстояниях до 100 м) обеспечивается интерфейсом RS-422, в котором используются две витые пары проводов с согласующими сопротивлениями на концах, образующие сбалансированную линию.
Цифровые каналы передачи данных. Различают несколько технологий связи, основанных на цифровых каналах передачи данных.
Связь ООД с АКД (например, компьютера с модемом или низкоскоростными периферийными устройствами) чаще всего осуществляется при помощи последовательных интерфейсов RS-232C, RS-422 (их аналогами в системе стандартов ITU являются V.24, V.11), а связь ООД с цифровыми сетями передачи данных – при помощи интерфейсов Х.21, Х.35, G.703 * .
В качестве магистральных цифровых каналов передачи данных в США и Японии используют стандартную многоканальную систему Т1 (иначе DS-1). Она включает 24 цифровых канала, называемых DS-0 (Digital Signal-0). И каждом канале применена кодово-импульсная модуляция с частотой следования отсчетов 8 кГц и с квантованием сигналов по 256 уровням, что обеспечивает скорость передачи 64 кбит/с на один канал, или 1554 кбит/с на аппаратуру Т1. В Европе более распространена аппаратура Е1 с 32 каналами по 64 кбит/с, т. е. с общей скоростью 2048 кбит/с. Применяются также каналы ТЗ (или DS-3), состоящие из 28 каналов Т1 (45 Мбит/с) и Е3
(34 Мбит/с) преимущественно в частных высокоскоростных сетях.
В Т1 использовано временное мультиплексирование. Все 24 канала передают в мультиплексор по байту, образуя 192-битный кадр с добавлением одного бита синхронизации. Двадцать четыре кадра составляют суперкадр. В суперкадре имеются контрольный код и синхронизирующая комбинация. Сборку информации из нескольких линий и ее размещение в магистрали Т1 осуществляет мультиплексор. Канал DS-0 (один слот) соответствует одной из входных линий, т. е. реализуется коммутация каналов. Некоторые мультиплексоры позволяют маршрутизировать потоки данных, направляя их в другие мультиплексоры, связанные с другими каналами Т1, хотя собственно каналы Т1 называют некоммутируемыми.
При обычном мультиплексировании каждому соединению выделяется определенный слот (например, канал DS-0). Если же этот слот не используется из-за недогрузки канала по этому соединению, но по другим соединениям трафик значительный, то эффективность невысокая. Загружать свободные слоты, или, другими словами, динамически перераспределять слоты, можно, используя так называемые статистические мультиплексоры на основе микропроцессоров. В этом случае временно весь канал DS-1 либо его часть отдается одному соединению с указанием адреса назначения.
В современных сетях важное значение имеет передача как данных, представляемых дискретными сигналами, так и аналоговой информации (например, голос и видеоизображения первоначально имеют аналоговую форму). Поэтому для многих применений современные сети должны быть сетями с интеграцией услуг. Наиболее перспективными сетями с интеграцией услуг являются сети с цифровыми каналами передачи данных, например сети ISDN.
Пересылка данных в вычислительных сетях от одного компьютера к другому осуществляется последовательно, бит за битом. Физически биты данных передаются по каналам передачи данных в виде аналоговых или цифровых сигналов.
Совокупность средств (линий связи, аппаратуры передачи и приема данных), служащая для передачи данных в вычислительных сетях, называется каналом передачи данных. В зависимости от формы передаваемой информации каналы передачи данных можно разделить на аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные).
Так как аппаратура передачи и приема данных работает с данными в дискретном виде (т.е. единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы), то при их передаче через аналоговый канал требуется преобразование дискретных данных в аналоговые (модуляция).
При приеме таких аналоговых данных необходимо обратное преобразование – демодуляция. Модуляция/демодуляция – процессы преобразования цифровой информации в аналоговые сигналы и наоборот. При модуляции информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает канал передачи данных.
К способам модуляции относятся:
· амплитудная модуляция;
· фазовая модуляция.
При передаче дискретных сигналов через цифровой канал передачи данных используется кодирование:
· потенциальное;
· импульсное.
Таким образом, потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в тех случаях, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы.
Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.
В зависимости от способов синхронизации каналы передачи данных вычислительных сетей можно разделить на синхронные и асинхронные. Синхронизация необходима для того, чтобы передающий узел данных мог передать какой-то сигнал принимающему узлу, чтобы принимающий узел знал, когда начать прием поступающих данных.
Синхронная передача данных требует дополнительной линии связи для передачи синхронизирующих импульсов. Передача битов передающей станцией и их прием принимающей станцией осуществляется в моменты появления синхроимпульсов.
При асинхронной передаче данных дополнительной линии связи не требуется. В этом случае передача данных осуществляется блоками фиксированной длины (байтами). Синхронизация осуществляется дополнительными битами (старт-битами и стоп-битами), которые передаются перед передаваемым байтом и после него.
При обмене данными между узлами вычислительных сетей используются три метода передачи данных:
симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
полудуплексная (прием/передача информации осуществляется поочередно);
дуплексная (двунаправленная), каждый узел одновременно передает и принимает данные (например, переговоры по телефону).
Методы передачи на канальном уровне
Прежде чем послать данные в вычислительную сеть, посылающий узел данных разбивает их на небольшие блоки, называемые пакетами данных. На узле–получателе пакеты накапливаются и выстраиваются в должном порядке для восстановления исходного вида.
В составе любого пакета должна присутствовать следующая информация:
данные или информация, предназначенная для передачи по сети;
адрес, указывающий место назначения пакета. Каждый узел сети имеет адрес. Кроме того, адрес имеет и приложение. Адрес приложения необходим для того, чтобы идентифицировать, какому именно приложению принадлежит пакет;
управляющие коды – это информация, которая описывает размер и тип пакета. Управляющие коды включают в себя также коды проверки ошибок и другую информацию.
Существует три принципиально различные схемы коммутации в вычислительных сетях:
· коммутация каналов;
· коммутация пакетов;
· коммутация сообщений.
При коммутации каналов устанавливается соединение между передающей и принимающей стороной в виде непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Затем сообщение передается по образованному каналу.
Коммутация сообщений – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую передачу блоков сообщений (без разбивки на пакеты). При коммутации сообщений блоки сообщений передаются последовательно от одного промежуточного узла к другому с временной буферизацией их на дисках каждого узла, пока не достигнут адресата. При этом новая передача может начаться только после того, как весь блок будет принят. Ошибка при передаче повлечет новую повторную передачу всего блока.
Передача пакетов осуществляется аналогично передаче сообщений, но так как размер пакета значительно меньше блока сообщения, то достигается быстрая его обработка промежуточным коммуникационным оборудованием. Поэтому канал передачи данных занят только во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге станции назначения. Данный вид передачи данных является стандартом для сети Интернет.
В настоящее время телекоммуникационные сети строятся на цифровой основе, поэтому методы передачи данных, применяемые в вычислительных сетях, могут быть использованы для разработки стандартов передачи любой информации (голоса, изображения, данных).
Основные понятия теории моделирования
Моделированием называется замещение одного объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта – оригинала с помощью объекта – модели.
Всем моделям присуще наличие некоторой структуры (статической или динамической, материальной или идеальной), которая подобна структуре объекта – оригинала. В процессе работы модель выступает в роли относительно самостоятельного квазиобъекта, позволяющего получить при исследовании некоторые знания о самом объекте. Если результаты такого исследования (моделирования) подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования в исследуемых объектах, то говорят, что модель адекватна объекту. При этом адекватность модели зависит от цели моделирования и принятых критериев.
Процесс моделирования предполагает наличие:
· объекта исследования;
· исследователя, имеющего конкретную задачу;
· модели, создаваемой для получения информации об объекте, необходимой для решения задачи.
По отношению к модели исследователь является экспериментатором. Одним из наиболее важных аспектов моделирования систем является проблема цели. Любую модель строят в зависимости от цели, которую ставит перед ней исследователь, поэтому одна из основных проблем при моделировании – это проблема целевого назначения. Подобие процесса, протекающего в модели, реальному процессу является не самоцелью, а условием правильного функционирования модели. Если цели моделирования ясны, то возникает следующая проблема, - проблема построения модели. Это построение оказывается возможным, если имеется информация или выдвинуты гипотезы относительно структуры, алгоритмов и параметров исследуемого объекта.
Когда модель построена, то следующей проблемой является проблема работы с ней, реализация модели. Здесь основные задачи – минимизация времени получения конечных результатов и обеспечение их достоверности. Для правильно построенной модели характерным является то, что она выявляет лишь те закономерности, которые нужны исследователю, и не рассматривает свойства системы – оригинала, несущественные в данный момент.