Мандрыкин А.В. Информационные технологии в экономике

Подождите немного. Документ загружается.

120

Различают одномодовые и многомодовые кабели. В одно-

модовом кабеле используется очень тонкий центральный провод-

ник. Луч света почти не отражается от внешнего отражателя. В

многомодовом кабеле используется более толстый центральный

проводник, в котором одновременно существует несколько свето-

вых лучей с разными углами преломления - модами. Допустимое

удаление более 50 км.

Передача данных выполняется только в симплексном

режиме, поэтому для организации обмена данными устройства

необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на

практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное

количество волокон).

Применяются там, где возникают электромагнитные поля

помех или требуется передача информации на очень большие

расстояния без использования повторителей. Оптопроводники

объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

Радиоканалы

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются

с помощью передатчика и приемника радиоволн. Диапазоны

коротких, средних и длинных волн (КВ, СВ и ДВ), по типу ис-

пользуемого в них метода модуляции сигнала, обеспечивают

дальнюю связь, но при невысокой скорости передачи данных.

Более скоростными являются каналы, работающие на диапазо-

нах ультракоротких и сверхвысоких волн (УКВ и СВЧ). В

диапазоне СВЧ (свыше 4 ГГц) сигналы уже не отражаются ио-

носферой Земли и для устойчивой связи требуется наличие

прямой видимости между передатчиком и приемником. По-

этому такие частоты используют либо спутниковые каналы,

либо радиорелейные каналы.

Радиоканалы используются в качестве передающей сре-

ды в Беспроводных Локальных Сетях, либо между мостами

или шлюзами для связи между ЛВС.

Беспроводные ЛС считаются перспективным направле-

нием развития ЛВС. Их преимущество - простота и мобиль-

ность. Исчезают проблемы, связанные с прокладкой и монта-

жом кабельных соединений.

121

7.3. Принципы передачи данных в сетях

Кодирование информации

Для передачи информации по коммуникационным лини-

ям данные преобразуются в цепочку следующих друг за дру-

гом битов (двоичное кодирование с помощью только лишь

двух крайних состояний:"0" и "1").

Передаваемые алфавитно-цифровые знаки представля-

ются с помощью битовых комбинаций. Битовые комбинации

располагают в определенной кодовой таблице, содержащей 4-,

5-, 6-, 7- или 8-битовые коды.

Количество представленных знаков зависит от количест-

ва битов, используемых в коде: код из четырех битов может

представить максимум 16 значений, 5-битовый код - 32 зна-

чения, 6-битовый код - 64 значения, 7-битовый - 128 значений

и 8-битовый код - 256 алфавитно-цифровых знаков.

На международном уровне передача символьной инфор-

мации осуществляется с помощью 7-битового кодирования,

позволяющего закодировать заглавные и строчные буквы анг-

лийского алфавита, а также некоторые спецсимволы.

Национальные и специальные знаки с помощью 7-

битового кода представить нельзя. Для представления нацио-

нальных знаков применяют 8-битовый код.

Методы передачи информации

При обмене данными между узлами обычно используют-

ся три метода передачи данных:

• симплексная (однонаправленная) передача (например,

радио, телевидение);

• полудуплексная - прием/передача информации осуще-

ствляется поочередно;

• дуплексная (двунаправленная) - каждая станция одно-

временно передает и принимает данные.

* * *

Как в локальных, так и в крупномасштабных сетях имеют-

ся случаи, когда пропускная способность передающей среды

превышает требуемую для передачи единичного сигнала. Эко-

номичное использование высокоскоростного магистрального

122

канала связи для одновременной передачи нескольких сигналов

известно как мультиплексирование.

Использование мультиплексирования с разделением

частот (Frequency Division Multiplexing - FDM) основывается

на том, что общая полоса полезных частот одного высокоско-

ростного канала связи разделяется на несколько непересекаю-

щихся подполос, называемых каналами. В рамках каждого из

каналов осуществляется взаимонезависимая передача только

одного сигнала со своей несущей, а общее число одновременно

передаваемых сигналов определяется количеством каналов.

Технология FDM, применяемая в оптоволоконных лини-

ях, получила название разделения по длине волны (Wave Time

Division Multiplexing - WDM).

Мультиплексирование с временным разделением (Time

Division Multiplexing - TDM) основывается на том, что скорость

передачи двоичных данных по магистральному каналу значи-

тельно превосходит требуемую скорость для передачи единич-

ного дискретного сигнала. В этом случае порции нескольких

дискретных сигналов могут поочередно передаваться по общей

среде, тем самым совместно используя ее. Последовательность

временных интервалов использования общей передающей сре-

ды определенным сигналом, по аналогии с FDM, называется

каналом.

Технология TDM имеет и другое название – техника син-

хронного режима передачи (Synchronous Transfer Mode - STM).

Следует отметить, что существуют случаи совместного

применения FDM и TDM. Общая полоса частот передающей

среды может быть разбита на несколько отдельных частотных

каналов, каждый из которых далее подразделяется на подкана-

лы с помощью временного разделения.

* * *

Для передачи данных в информационных системах наи-

более часто применяется последовательная передача. Широко

используются следующие методы последовательной передачи:

асинхронная и синхронная, которые позволяют получателю

123

знать момент начала и временной период передачи каждого

получаемого бита.

В асинхронной схеме данные передаются по одному сим-

волу за раз. Каждому передаваемому символу предшествует пе-

редача стартового кода (предупреждает приемник о начале пе-

редачи), затем передается символ. Для определения достовер-

ности передачи используется бит четности (бит четности = 1,

если количество единиц в символе нечетно, и 0, в противном

случае. Последний бит "стоп бит" сигнализирует об окончании

передачи.

Преимущества: несложная отработанная система; недо-

рогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудова-

ние.

Недостатки: третья часть пропускной способности те-

ряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита

четности); невысокая скорость передачи по сравнению с син-

хронной; при множественной ошибке с помощью бита четно-

сти невозможно определить достоверность полученной ин-

формации.

Асинхронная передача используется в системах, где об-

мен данными происходит время от времени и не требуется вы-

сокая скорость передачи данных.

При использовании синхронного метода данные переда-

ются блоками. Для синхронизации работы приемника и пере-

датчика в начале блока передаются биты синхронизации. За-

тем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ

окончания передачи. При синхронной передаче данные могут

передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве ко-

да обнаружения ошибки обычно используется Циклический

Избыточный Код Обнаружения Ошибок (CRC). Он вычисля-

ется по содержимому поля данных и позволяет однозначно оп-

ределить достоверность принятой информации.

Преимущества: высокая эффективность передачи дан-

ных; высокие скорости передачи данных; надежный встроен-

ный механизм обнаружения ошибок.

124

Недостатки: интерфейсное оборудование более слож-

ное и, соответственно, более дорогое.

0 1 1 0 1 0 0 ##

два стартовых

бита

передаваемый символ

бит

четности

стоповый

бит

Асинхронная передача данных

####

биты

синхронизации

поле данных

(передаваемые символы)

код

обнаружения

ошибки

символ

окончания

передачи

Синхронная передача данных

Рис. 18. Асинхронная и синхронная передача данных

Для того чтобы приемник мог определить начало и конец

блока передаваемых данных, каждый блок снабжается заголов-

ком и концевиком. Данные, обрамленные заголовком и конце-

виком, получили название пакета. Содержание заголовка и

концевика зависит от того, какая используется схема по-

строения блока (байт-ориентированная или бит-

ориентированная).

В байт-ориентированной схеме заголовок и концевик

представляют собой один или несколько «синхронизирующих

символов», двоичное представление которых не совпадает с

двоичным кодом ни одного из передаваемых в блоке информа-

ционных символов. В настоящее время байт-ориентированная

схема синхронизации полностью вытеснена более эффектив-

ной и гибкой бит-ориентированной схемой, в которой битовые

блоки передаваемой информации с помощью специальных

приемов оформления в пакет выделяются в общем потоке не-

прерывно передаваемых от передатчика приемнику битов.

125

7.4. Организация взаимодействия устройств в сети

В зависимости от способа организации обработки дан-

ных и взаимодействия пользователей, который поддерживает-

ся конкретной сетевой операционной системой, выделяют два

типа информационных систем:

- иерархические сети;

- сети клиент/сервер.

В иерархических сетях все задачи, связанные с хране-

нием, обработкой данных, их представлением пользователям,

выполняет центральный компьютер. Пользователь взаимодей-

ствует с центральным компьютером с помощью терминала.

Операциями ввода/вывода информации на экран управляет

центральный компьютер.

Достоинства иерархических систем:

• отработанная технология обеспечения отказоустойчи-

вости, сохранности данных;

• надежная система защиты информации и обеспечения

секретности.

Недостатки:

• высокая стоимость аппаратного и программного обес-

печения, высокие эксплуатационные расходы;

• быстродействие и надежность сети зависят от цен-

трального компьютера.

Примеры иерархических систем: SNA, IBM Corp., DNA,

DEC.

В системах клиент/сервер обработка данных разделена

между двумя объектами: клиентом и сервером. Клиент - это

задача, рабочая станция, пользователь. Он может сформиро-

вать запрос для сервера: считать файл, осуществить поиск за-

писи и т.п. В системах клиент/сервер требования к производи-

тельности компьютеров значительно ниже, чем в иерархиче-

ских системах.

Выделяются четыре подхода, реализованные в моделях

системы клиент/сервер:

• модель файлового сервера (File Server - FS);

126

• модель доступа к удаленным данным (Remote Data

Access - RDA);

• модель сервера базы данных (DataBase Server - DBS);

• модель сервера приложений (Application Server - AS).

FS-модель является базовой для локальных сетей персо-

нальных компьютеров. Суть модели следующая - один из ком-

пьютеров в сети считается файловым сервером и предоставля-

ет услуги по обработке файлов другим компьютерам. Файло-

вый сервер работает под управлением сетевой операционной

системы и играет роль компонента доступа к информацион-

ным ресурсам (т.е. к файлам). На других компьютерах в сети

функционирует приложение, в кодах которого совмещены

компонент представления и прикладной компонент. Протокол

обмена представляет собой набор низкоуровневых вызовов,

обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на

файл-сервере.

К технологическим недостаткам подобного типа взаимо-

действия относят высокий сетевой трафик (передача множест-

ва файлов, необходимых приложению), узкий спектр операций

манипуляции с данными ("данные - это файлы"), отсутствие

адекватных средств безопасности доступа к данным (защита

только на уровне файловой системы) и т.д.

В RDA-модели компонентом доступа к информацион-

ным ресурсам является SQL-сервер. Коды компонента пред-

ставления и прикладного компонента совмещены и выполня-

ются на компьютере-клиенте. Последний поддерживает как

функции ввода и отображения данных, так и чисто приклад-

ные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечи-

вается либо операторами специального языка (языка SQL, на-

пример, если речь идет о базах данных), либо вызовами функ-

ций специальной библиотеки (если имеется соответствующий

интерфейс прикладного программирования - API).

Основное достоинство RDA-модели - унификация ин-

терфейса "клиент-сервер" в виде языка SQL.

127

из-за совмещения в

одной

дуры, представляет собой процедурное рас-

шире

ой СУБД, в большинстве СУБД отсутствуют возможно-

сти о

стейшие прикладные функции поддерживаются хранимыми

Недостатки: во-первых, взаимодействие клиента и серве-

ра посредством SQL-запросов существенно загружает сеть; во-

вторых удовлетворительное администрирование приложений

в RDA-модели практически невозможно

программе различных по своей природе функций

(функции представления и прикладные).

Наряд с RDA-моделью все большую популярность при-

обретает перспективная DBS-модель. Последняя реализована в

некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase,

Oracle). Ее основу составляет механизм хранимых процедур -

средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранят-

ся в словаре базы данных, разделяются между несколькими

клиентами и выполняются на том же компьютере, где функ-

ционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются

хранимые проце

ние языка запросов SQL и специфичен для каждой кон-

кретной СУБД.

Достоинства DBS-модели очевидны: это и возможность

централизованного администрирования прикладных функций,

и снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направля-

ются вызовы хранимых процедур), и возможность разделения

процедуры между несколькими приложениями, и экономия

ресурсов компьютера за счет использования единожды соз-

данного плана выполнения процедуры. К недостаткам модели

можно отнести ограниченность средств, используемых для на-

писания хранимых процедур, которые представляют собой

разнообразные процедурные расширения SQL, не выдержи-

вающие сравнения по изобразительным средствам и функцио-

нальным возможностям с языками третьего поколения, таки-

ми, как C или Pascal. Сфера их использования ограничена кон-

кретн

тладки и тестирования разработанных хранимых проце-

дур.

На практике часто используется смешанные модели, ко-

гда обеспечение целостности базы данных и некоторые про-

128

которая выпол-

няетс

зличных типов:

базы

торые

выделяются как особый вид программного обеспечения.

ент/с

процедурами (DBS-модель), а более сложные функции реали-

зуются в специальной прикладной программе,

я на компьютере-клиенте (RDA-модель).

В AS-модели процесс, выполняемый на компьютере-

клиенте, отвечает, как обычно, за интерфейс с пользователем

(т.е. осуществляет функции первой группы). Обращаясь за вы-

полнением услуг к прикладному компоненту, этот процесс иг-

рает роль клиента приложения (Application Client - AC). При-

кладной компонент реализован как группа процессов, выпол-

няющих прикладные функции, и называется сервером прило-

жения (Application Server - AS). Все операции над информаци-

онными ресурсами выполняются соответствующим компонен-

том, по отношению к которому AS играет роль клиента. Из

прикладных компонентов доступны ресурсы ра

данных, очереди, почтовые службы и др.

RDA- и DBS-модели опираются на двухзвенную схему

разделения функций. В RDA-модели прикладные функции

приданы программе-клиенту, в DBS-модели ответственность

за их выполнение берет на себя ядро СУБД. В первом случае

прикладной компонент сливается с компонентом представле-

ния, во втором - интегрируется в компонент доступа к инфор-

мационным ресурсам. В AS-модели реализована трехзвенная

схема разделения функций, где прикладной компонент выде-

лен как важнейший изолированный элемент приложения, для

его определения используются универсальные механизмы

многозадачной операционной системы и стандартизованы ин-

терфейсы с двумя другими компонентами. AS-модель является

фундаментом для мониторов обработки транзакций, ко

* * *

В зависимости от метода взаимодействия устройств в се-

ти различают два типа систем, использующих метод кли-

ервер: равноправную сеть и сеть с выделенным сервером.

Равноправная сеть (одноранговая) - это сеть, в которой

нет единого центра управления взаимодействием рабочих

станций, нет единого устройства хранения данных. Операци-

129

ие дис-

ки и т

ей станции, доступ прекращается

лишь

ции;

очими станциями,

выпо

ости; проще в управлении по сравнению с равноправ-

ными

ютер

онная система такой сети распределена по всем рабочим стан-

циям, поэтому каждая рабочая станция одновременно может

выполнять функции как сервера, так и клиента. Пользователю

в такой сети доступны все устройства (принтеры, жестк

.п.), подключенные к другим рабочим станциям.

Достоинства: низкая стоимость (используются все ком-

пьютеры, подключенные к сети, и умеренные цены на про-

граммное обеспечение для работы сети); высокая надежность

(при выходе из строя рабоч

к части информации).

Недостатки: работа сети эффективна только при коли-

честве одновременно работающих станций не более 10; труд-

ности организации эффективного управления взаимодействи-

ем рабочих станций и обеспечение секретности информа-

трудности обновления и изменения ПО рабочих станций.

Сеть с выделенным сервером - здесь один из компью-

теров выполняет функции хранения данных общего пользова-

ния, организации взаимодействия между раб

лнения сервисных услуг - сервер сети.

Достоинства: выше скорость обработки данных; обла-

дает надежной системой защиты информации и обеспечения

секретн

Недостатки: такая сеть дороже из-за отдельного компь-

а под сервер; менее гибкая по сравнению с равноправной.

Сети с выделенным сервером являются более распро-

страненными. Примеры сетевых операционных систем такого

типа: LAN Server, IBM Corp., VINES, Banyan System Inc.,

NetW re, Novell Inc. a

7.5. Требования к современным ЛВС

Вычислительная сеть создается для обеспечения потенци-

ального доступа к любому ресурсу сети для каждого пользователя

сети. Качество доступа к ресурсу, как глобальная характеристика

функционирования сети, может быть описана многими показате-

лями, выбор которых зависит от задач, стоящих перед вычисли-