Министерство образования Российской федерации
Воронежский государственный технический университет
А.А. Кисурин В.Д. Беспаленко
Информатика
Учебное пособие
Воронеж 2003.
УДК 681.327
ББК 32.988
Кисурин А.А., Беспаленко В.Д. Информатика: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2003. 122 с.
В учебном пособии рассматривается материал построения вычислительных сетей для передачи данных, основные протоколы Интернета, вопросы поддержки работы пользователей, сетевые имена и безопасность, средства представления данных в Интернет.
Издание соответствует рабочей программе дисциплины «Информатика» и предназначено для студентов специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах» дневной формы обучения.
Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе Microsoft Word и содержится в файле Информ.rar
Табл. 20. Ил.15. Библиогр.:12 назв.
Научный редактор д-р техн. наук В.Л. Бурковский.
Рецензенты: Федеральный научно-производственный центр
ЗАО НПК(О) «Энергия» (генеральный директор
ООО «Космос» канд. техн .наук, доцент
Г.Д. Лившин);
Зав. кафедрой электротехники Воронежского агроуниверситета канд. техн. наук, доцент В.В. Картавцев.
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.
© Кисурин А.А., Беспаленко В.Д., 2003
© Оформление.
Воронежский государственный
технический университет, 2003
В настоящее время информационные потребности общества вышли на уровень, когда наличие отдельных рабочих мест на базе ПЭВМ или отдельного небольшого вычислительного центра уже не удовлетворяет им, а необходима интеграция в распределенные вычислительные, телекоммуникационные системы, включенные в единое информационное пространство. Создание высокоскоростных и надежных сетей передачи данных привело к внедрению удаленного доступа к ЭВМ и других методов телеобработки информации. Широкое внедрение получают распределенные сети различного уровня и назначения. (Развитие общества все в большей степени стало определяться эффективностью, надежностью и безопасностью информации, представленной в электронной форме).
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, программы и оборудование. Построить универсальную компьютерную сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Тогда возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть с помощью набора специальных стандартных «правил», которые не зависели бы от типа оборудования и программного обеспечения. Эта технология, получившая название Internet, должна была позволить компьютерам общаться друг с другом независимо от того, к какой физической сети и каким образом они присоединены.
Настоящее учебное пособие посвящено принципам построения сети передачи данных, поддержке работы пользователей, обеспечению безопасности и надежности информационных технологий.
Учебное пособие может оказать помощь студентам специальности 210100 «Автоматика и информатика в технических системах» при изучении дисциплины «Информатика».
Современные сети и системы обычно используются в режиме удаленного доступа, который может быть реализован через общедоступные коммутируемые телефонные сети, цифровые коммутируемые сети передачи данных, сети передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов и т.д.
Основой коммуникационной среды вычислительных сетей (ВС), на базе которой организуются более сложные виды взаимодействия между ЭВМ (файловый обмен, электронная почта и т.д.), стали системы передачи данных.
Наиболее эффективны и перспективны в настоящее время сети передачи данных общего пользования с коммутацией пакетов (ОК-КП).
Метод коммутации пакетов используется в сетях связи различных типов, включая локальные и распределенные сети, цифровые сети с интеграцией служб (ISDN) и сети, работающие на скоростях порядка Гигабайт в секунду.
Одним из принципов передачи данных в сети ОП-КП является метод «прослушивания» сигналов в линии связи. Если АПД, обнаруживает, что линия связи занята, то через случайно выбираемый интервал повторяется попытка передачи данных или сообщения. Этот метод разделения одного канала связи называется случайным множественным доступом с прослушиванием несущей и обнаружением конфликтов.
Другим принципом является передача, основанная на кольцевой связи ПЭВМ, в рамках которой от машины к машине передаются маркеры. Компьютер, принявший маркер, может начать передачу одного или нескольких пакетов, остальные же ПЭВМ должны дожидаться получения маркера, разрешающего передачу данных.
В последнее время разрабатываются пакетные технологии СПД ОП, основанные на волоконно-оптических системах передачи данных. Они работают на более высоких скоростях и лучше подходят для крупных региональных сетей. Одним из примеров является волоконный распределительный интерфейс данных (FODI). В нём используется принцип маркерного доступа и двойного кольца цепи.
Ещё одна сетевая технология построения СПД ОП-КП основана на принципе ретрансляторов кадров. По своей идее она близка к сетям виртуальных каналов, за исключение того, что виртуальные каналы являются выделенными и фиксируются в момент, когда абоненты подключаются к сети. При перемещении пакетов между смежными коммутаторами проверка правильности передачи данных не осуществляется; она выполняется лишь в конце пути, и в случае обнаружения ошибки передача повторяется заново с начала пути.
Существуют также технологии крупномасштабных цифровых сетей связи (ISDN), которые основываются на принципе передачи данных в цифровой форме по международным коммутационным цифровым магистралям.
Наиболее перспективными СПД ОП-КП являются технологии, основанные на методе быстрых пакетов, которые функционируют на принципе коммутации в режиме асинхронной передачи (ATM), с помощью которого можно переключать короткие пакеты (клетки) с чрезвычайно высокой скоростью. Клетки, содержащие до 48 октетов (или байт) данных и пять октетов для адресных и управляющих данных, способных переносить речевые сигналы в цифровой форме, произвольные данные и цифровые видеоизображения.
Сама организация сетевой системы должна удовлетворять трём основным принципам:
наличие единого центра, ведающего координацией деятельности и развитием сети;
использование системы маршрутизации, позволяющей сообщению двигаться по цепочке узлов сети без дополнительного вмешательства человека;
применение единой стандартной адресации, делающей сеть прозрачной для внешних сетей, а последних - доступной для любой абонентской точки сети.
Основой построения системы связи и передачи данных для обеспечения телекоммуникационного обмена являются сети и каналы общего пользования.
Сети связи РФ базируются на использовании:
первичной сети связи общего пользования, образованной на основе аналоговых и цифровых систем передачи данных, организованных с помощью кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи;
вторичных сетей связи, в том числе с коммутацией каналов и пакетов (сообщений).
Первичная сеть связи является базой для организации передачи различного рода информации (телефонных переговоров, телеграфных сообщений, телевизионных программ и т.д.) и представляет в аренду каналы различного типа для организации областных, региональных, ведомственных, и коммерческих систем передачи информации.
Вторичные сети с коммутацией каналов включают в себя:
телефонные сети связи общего пользования;
выделенную по обслуживанию коммерческую телекоммуникационную сеть;
сети телекса и абонентского телеграфирования (AT).
Телефонная сеть общего пользования (ТЛФ-ОП) - наиболее разветвленная из вторичных сетей связи, однако ей присуща невысокая надежность, качество работы и, как следствие, низкая скорость передачи дискретной информации.
Сети телекса и абонентского телеграфа позволяют установить временные коммутируемые соединения для передачи документальных сообщений, а также ведение документальных переговоров. Несмотря на низкую скорость передачи данных и высокую стоимость оконечного оборудования (соизмерима со стоимостью передачи данных на базе IBM PC/AT), широкая инфраструктура сети AT, а также представление принятого сообщения в форме документа, имеющего юридическую силу - до последнего времени были основными факторами выбора данной сети в различных сферах управления. Реализация электронной подписи в современных сетях сводит на нет последний из указанных приоритетов в сети AT.
В мировой практике из служб коммутации каналов самой известной является ISDN («цифровая сеть интегрированных услуг»), однако на сегодняшний день данная служба реализована не в полном объёме. Одна из служб ISDN, которую планируют для соединения локальных вычислительных сетей, именуется базовым интерфейсом (BRI). Эта служба располагает двумя каналами типа «В» («переносчик») и отдельным каналом типа «Д» («служебные данные»), который предназначен для передачи компьютерам системы управления коммутации телефонных линий информации о том, что делать с информацией, идущей по каналам В-типа.
Исходя из анализа сетей с коммутацией каналов можно сделать следующие выводы:
коммутация каналов подходит особенно в тех случаях, когда связь требуется «квантами», а также полезна в качестве резервного варианта на случай перегрузки линий связи и других нештатных ситуаций;
необходимость в сетях с коммутацией каналов возникает, когда речь идет о «краткосрочных» сеансах связи. Например, серверы электронной почты могут пользоваться коммутируемыми каналами, когда возникает необходимость быстрого обновления базы данных почты;
назначение сетей связи с коммутацией каналов - это соединение двух организаций (абонентов) между собой.
Вторичные сети связи с коммутацией пакетов (КП) могут быть реализованы на базе трёх технологий: Х.25, кадровая трансляция и ячеечная трансляция (метод асинхронной передачи ATM).
На данном этапе самым распространенным в мировой практике является формат, отвечающий требованиям протокола Х.25 ITU-T. Он отличается высокой неуязвимостью (в отношении деградации параметров системы) и гарантирует успешную доставку информации даже в случае существенного снижения показателей качества работы физических каналов связи. Техника коммутации пакетов Х.25 не требует в своё распоряжение высококачественных служб аренды или коммутации каналов. Абонент получает возможность выходить на связь с несколькими организациями (абонентами) с включением (при необходимости) резервных линий связи, благодаря чему соединение становится более надежным. При этом метод коммуникации пакетов является наиболее экономичным вариантом объединения нескольких ABC в единую региональную сеть.
Метод кадровой трансляции является следующим этапом развития протокола Х.25 для современных сетей, в которых используется цифровая аппаратура высокой надежности, что позволяет отказаться от части функций учёта и контроля протокола Х.25 и за счёт этого повысить пропускную способность.
Метод ATM ориентирован на сверхинтенсивные по загрузке режимы работы сетей и находится в стадии проработки с перспективой использования высокоскоростных линий связи. Возможное применение ATM не потребует серьёзных преобразований в существующих низкоканальных сетях дальней связи.
В системе коммутации пакетов каждый из абонентов подключаться к коммутатору соответствующей телекоммуникационной сети, который обрабатывает специальным образом сформированные пакеты данных. Подключение абонентов к сети может быть осуществлено или по выделенным каналам тональной частоты, а при малой нагрузке - по телефонной сети общего пользования. Предусмотрено сопряжение сетей Х.25 с сетью абонентского телеграфа АТ-50, а взаимодействие сетей с КП осуществляется по протоколу Х.75 ITU-T.
Стандарты взаимодействия открытых и распределенных систем, разработанные Международной Организацией Стандартов
(ISO) и Европейской Ассоциацией Производителей Компьютеров (ЕСМА) содержат перечни обязательных услуг и механизмов.
Заслуга Международной организации по стандартизации МОС (ISO) - в разработке базовой эталонной модели протоколов взаимосвязи открытых систем (ВОС), которая является всемирным стандартом. Каждый уровень сетевой архитектуры ВОС представляет виртуальную линию связи с заданными свойствами для следующего более высокого уровня.
Самый низкий уровень - физический. Функции на этом уровне обеспечивают активизацию, поддержку и дезактивацию физической цепи между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных (АКД) (стандарт RS-232-C и V.24).
Уровень защиты данных (канальный уровень) отвечает за передачу данных по каналу. Обеспечивает синхронизацию данных, вид представления битов, управление потоком данных, обнаружение ошибок передачи и механизм восстановления в случае потери данных, их дублирование или ошибок в данных.
Сетевой уровень определяет интерфейс ООД пользователя с сетью пакетной коммутации, интерфейс двух устройств ОДД друг с другом в сети с пакетной коммутацией, а также определяет маршрутизацию в сети и связь между сетями.
Транспортный уровень обеспечивает интерфейс между сетью передачи данных и верхними тремя уровнями. Предоставляет пользователю факультативные возможности получения сервиса определенного качества.
Сеансовый уровень служит интерфейсом пользователя с уровнем транспортных услуг. Обеспечивает средства организации обмена данными между пользователями и выбор пользователем типа синхронизации и управления, таких как:
поочередно двунаправленный диалог или одновременно двунаправленный диалог;
точки синхронизации для промежуточного контроля и восстановления при передаче файлов;
аварийное окончание и рестарты;
нормальная и ускоренная передача данных.
Уровень представления данных определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Обеспечивает отображение данных на виртуальном терминале, а также обеспечивает такие услуги, как разрешение приёма электронного сообщения от уровня приложений и согласование с одноранговым уровнем вида представления страниц для другого прикладного уровня.
Прикладной уровень занимается поддержкой прикладного процесса конечного пользователя. Уровень содержит сервисные элементы для поддержки прикладных процессов, таких как управление трудовыми ресурсами, обмен финансовыми данными, передача-приём языка программирования и обмен деловыми данными. Этот уровень также поддерживает концепцию виртуального терминала и виртуального файла.
В общем случае информационные сети представляют собой совокупность сетевых узлов, соединенных каналами связи.
Узлы сети могут иметь различную структуру, использовать свои стандарты представления данных, они могут функционировать абсолютно не зависимо, как вполне самостоятельные системы.
В роли узлов сети могут выступать абонентские пункты - как правило ПЭВМ (отдельные и объединенные в локальную сеть), а также другие средства и системы обработки и передачи информации (телексные, факсимильные, телефонные аппараты и т.д.).
В качестве транспортной среды передачи информации между абонентами могут использоваться различные каналы связи:
коммутируемые каналы телефонной сети общего пользования;
корпоративные сети передачи данных;
сети (службы) обработки сообщений на базе существующих автоматизированных систем и систем передачи данных.
Современные сети и системы обычно используются в режиме удаленного доступа. В ВС системы передачи данных используются в качестве коммуникационной среды, на основе которой организуются более сложные виды взаимодействия между ЭВМ. От пользователя скрыты ресурсы низких уровней, поэтому доступ к такой сети возможен только через подключение к ЭВМ.