СЕТЕВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Литература 2

Курс лекций: Эволюция компьютерных сетей. Проблемы объединения нескольких компьютеров (адресация, структуризация сети, многоуровневый подход, протокол и интерфейс, сети TCP/IP). Основы передачи дискретных данных (линии связи, методы передачи). Управление сетевым трафиком (дисциплины очередей). Теоретические основы сжатия данных (информация, энтропия). Сжатие без потерь (коды Хаффмана, арифметическое кодирование, LZW). Сжатие с потерями (дискретное косинусное преобразование, wavelet-сжатие). 3

4 Эволюция компьютерных сетей Часть разностной машины Чарльза Бэббиджа, собранная после смерти учёного его сыном Копия разностной машины в лондонском Музее науки

Эволюция компьютерных сетей 5 Мэйнфреймы (не интерактивный режим) Терминалы (интерактивный режим) Глобальные вычислительные сети БИС –> мини-компьютеры Локальные сети Экстенсивное развитие сетей 50-е г.г. 60-е г.г. 70-е г.г. 80-е г.г. Наши дни

Эволюция компьютерных сетей 6

7

8

9 Высокоскоростные территориальные линии связи Локальные сети Крупные компьютеры Новые виды трафика Типы распределенных вычислительных систем: Мультипроцессорные Многомашинные Вычислительные сети

Эволюция компьютерных сетей 10 Аппаратный слой стандартизированных компьютерных платформ Коммуникационное оборудование Сетевые приложения Операционная система

Преимущества использования сетей 11 1.Параллельные вычисления 2.Соотношение производительность / стоимость 3.Отказоустойчивость 4.Адаптация к прикладным задачам 5.Совместное использование данных и устройств 6.Оперативный доступ

Выводы 12 1.Вычислительные сети явились результатом эволюции компьютерных технологий. 2.Вычислительная сеть – это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. 3.Основная цель сети – обеспечить пользователям возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. 4.Вычислительная сеть – это одна из разновидностей распределенных систем, достоинством которых является возможность распараллеливания вычислений и, следовательно, повышения производительности и отказоустойчивости системы. 5.Важнейший этап в развитии сетей – появление стандартных сетевых технологий типа Ethernet, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов. 6.Использование вычислительных сетей дает следующие возможности: Разделение дорогостоящих ресурсов. Совершенствование коммуникаций. Улучшение доступа к информации. Свобода в территориальном размещении компьютеров.

Проблемы объединения нескольких компьютеров 13 Полносвязная топология Ячеистая топология Общая шина ЗвездаДревовидная (иерархическая)звездаКольцо

14 Базовые топологии

Адресация компьютеров в сети 15 3 схемы адресации: Аппаратный MAC-адрес (например 5A-8B-17-B1-92) Символьный адрес или имя (например: vasya_pupkin.radiosystem.novsu.ru) Числовой составной адрес (например ) Распределение адресов выполняется централизованно службой DNS (Domain Name System). Требования к адресу: Уникальность в сети любого размера Автоматизированная схема назначения адреса Иерархическая структура Удобство для пользователей, т.е. символьное представление. Компактность

Физическая структуризация сети 16 ПовторительТерминатор Концентратор Ethernet Концентратор Token Ring

Физическая структуризация сети 17 АBC DEF Физическое кольцо Логическое кольцо АBC DEF Физическая общая шина Логическое кольцо

Логическая структуризация сети 18 Отдел 3Отдел 2Отдел 1 Отдел 3 Отдел 2 Отдел 1 Рабочая группа А Рабочая группа Б АВАВ Концентраторы Физическая структуризация с помощью концентраторов 80% Группа АГруппа B Логическая структура сети и распределение информационных потоков

Логическая структуризация сети 19 Отдел 3 Отдел 2 Отдел 1 Рабочая группа А Рабочая группа Б Концентраторы Логическая структуризация сети с помощью моста Мост

Логическая структуризация сети 20 Отдел 3 КонцентраторыМаршрутизаторы Отдел 2 Отдел 1 Рабочая группа А Рабочая группа Б Логическая структуризация сети с помощью маршрутизаторов

Многоуровневый подход 21 Директор предприятия А Секретарь А Интерфейс директора с секретарем (А) Директор предприятия B Секретарь B Интерфейс директора с секретарем (В) Протокол взаимодействия директоров Протокол взаимодействия секретарей Пример многоуровневого взаимодействия

Многоуровневый подход 22 4А 3А 2А 1А Узел А 4B 3B 2B 1B Узел B Протокол 4А-4В Протокол 3А-3В Протокол 2А-2В Протокол 1А-1В Интерфейс 3B-4В Интерфейс 2B-3В Интерфейс 1B-2В Интерфейс 3A-4A Интерфейс 2A-3A Интерфейс 1A-2A Взаимодействие двух узлов

Модель OSI Процесс А Сообщение Компьютер 1 Процесс B Сообщение Компьютер 2 УРОВНИ Прикладной Сеансовый Транспортный Сетевой Канальный Физический Представительный Полезная информация Служебная информация Протоколы Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем

Модель OSI 24 Соответствие функций коммуникационных устройств уровням модели OSI Маршрутизатор Мост, коммутатор, адаптер Шлюз Повторитель УРОВНИ Прикладной Сеансовый Транспортный Сетевой Канальный Физический Представительный Физический сегмент Логический сегмент Сети (подсети) Интерсети

Модель OSI 25 Тип данныхУровеньФункции Данные 7. Прикладной уровень Доступ к сетевым службам 6. Уровень представления Представление и кодирование данных 5. Сеансовый уровень Управление сеансом связи Сегменты4. Транспортный Прямая связь между конечными пунктами и надежность Пакеты3. Сетевой Определение маршрута и логическая адресация Кадры2. Канальный Физическая адресация Биты 1. Физический уровень Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данными Физический уровень обеспечивает передачу неструктурированного потока битов по физическому носителю имеет дело с механическими, электрическими, функциональными и процедурными характеристиками доступа к физической линии связи Канальный уровень или уровень передачи данных обеспечивает надежную передачу данных по физической линии посылает блоки (кадры) с необходимой синхронизацией, контролем ошибок и управлением потоком Сетевой уровень обеспечивает независимость верхних уровней от технологий передачи данных и коммутации отвечает за установку и разрыв соединений и за управление соединениями Транспортный уровень обеспечивает надежный и прозрачный перенос данных между конечными узлами обеспечивает сквозное восстановление после ошибок и управление потоком Сеансовый уровень предоставляет структуру управления для взаимодействия приложений устанавливает и разрывает сеансы между приложениями Представительный уровень обеспечивает прикладному процессу независимость от синтаксиса представления данных Прикладной уровень обеспечивает доступ пользователей предоставляет распределенные информационные службы

Основы передачи дискретных данных 26 методы представления двоичных сигналов методы обнаружения и коррекции ошибок методы компрессии методы коммутации

Линии связи 27 Модем MUX Комму- татор Промежуточное оборудование Линия связи Оконечное оборудование данных ООД (DTE) Аппаратура передачи данных АПД (DCE) ООД (DTE) АПД (DСE) Состав линии связи

Характеристики линий связи 28 Представление линии связи как распределенной индуктивно-емкостной нагрузки Характеристики: АЧХ, полоса пропускания, затухание, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце, пропускная способность, достоверность передачи, удельная стоимость.

Характеристики линий связи 29 Витая пара Частота 10 Гц 100 Гц 1 кГц 10 МГц 100 МГц 10 кГц 100 кГц 1 МГц 1 ГГц 10 ГГц Телефон Коаксиальный кабель Волоконно-оптический кабель АМ радиоFМ радио СВЧ РРЛ Полосы пропускания линий связи

Характеристики линий связи 30 - соотношение Найквиста С=F log2(1+Pc/Pш) - формула Шеннона для максимальной пропускной способности С=2F log2(M) F-ширина полосы пропускания линии связи M –количество различимых состояний информационного параметра Pc/Pш – соотношение мощностей сигнала и шума. NEXT= 10 lg(Pвых/Pнав) – показатель перекрестных наводок на ближнем конце линии.

Цифровое кодирование 31 Методы передачи дискретных данных: 1.Модуляция 2.Цифровое кодирование Требования к методам цифрового кодирования: Битовая синхронизация приемника и передатчика Распознавание ошибочных символов Отсутствие постоянной составляющей Экономичное использование частотного спектра Синхронизация: Тактирующая линия связи Самосинхронизирующиеся коды

Дискретное кодирование данных Потенциальный код (NRZ) Биполярный код (AMI) Биполярный импульсный код Манчестерский код Потенциальный код 2B1Q 0 Потенциальный код с инверсией при единице(NRZI)

Логическое кодирование Исходный кодРезультирующий код Исходный кодРезультирующий код

Скремблирование 34 B i = A i + B i-3 + B i-5, где «+» - операция «искл. ИЛИ» Исходная последовательность: B1 = A1 = 1 (первые три цифры результирующего кода будут совпадать с исходным, т.к. еще нет нужных предыдущих цифр) B2 = A2 = 1 B3 = A3 = 0 B4 = A4 + B1 = = 0 B5 = A5 + B2 = = 0 B6 = A6 + B3 + B1 = = 1 B7 = A7 + B4 + B2 = = 1 B8 = A8 + B5 + B3 = = 0 B9 = A9 + B6 + B4 = = 1 B10 = A10 + B7 + B5 = = 1 B11 = A11 + B8 + B6 = = 1 B12 = A12 + B9 + B7 = = 1 Результирующая последовательность:

Дискретное кодирование данных Данные ЗаполнительФлаг началаФлаг окончания Заполнитель Биты стаффинга Выделение границ кадра с помощью бит - стаффинга Данные Преамбула Флаг начала ЗаголовокДлина поля данных Концевик Формат кадра с указанием длины поля данных ПреамбулаJ K 0 J K 0 0 0Данные Флаг начала Флаг окончания Выделение границ кадра с запрещенными символами линейного кода J K 1 J K JK0JK000 Манчестер II

Дискретное кодирование данных 36 Узел 1Узел 2 Данные Протокол без установления соединения Узел 1Узел 2 Запрос на установление соединения Данные Подтверждение установление соединения Квитанции Данные Квитанции Запрос на разрыв соединения Подтверждение разрыва соединения Протокол с установлением соединения

Обнаружение и коррекция ошибок 37 1.Контроль по паритету 2.Вертикальный и горизонтальный контроль 3.Циклический избыточный контроль (CRC) Коррекция ошибок: нумерация кадров, ожидание квитанции Обмен квитанциями: Метод с простоями Метод «скользящего окна»

Обнаружение и коррекция ошибок 38 Отправленные кадры Полученные кадры Квитанции Интервал отправки Метод с простоями Отправленные кадры Полученные кадры Квитанции 12n 12n 12n Метод скользящего окна n+1ww+1w+nm W0W0 W1W1 WnWn