Sagovornici. Po pravilu, u javnim pristupnim mrežama nemoguće je svakom paru pretplatnika obezbijediti svoju fizičku komunikacijsku liniju, koju bi mogli isključivo „posjedovati“ i koristiti u bilo kojem trenutku. Stoga, mreža uvijek koristi neki metod prebacivanja pretplatnika, koji osigurava podelu postojećih fizičkih kanala između nekoliko komunikacijskih sesija i između mrežnih pretplatnika.

Prebacivanje u gradskim telefonskim mrežama

Gradska telefonska mreža je skup linija i stanica. Mreža s jednom PBX-om naziva se nezonirana. Linearne strukture takve mreže sastoje se samo od pretplatničkih linija. Tipičan kapacitet takve mreže je 8-10 hiljada pretplatnika. Za velike kapacitete, zbog naglog povećanja dužine dalekovoda, preporučljivo je preći na regionaliziranu mrežnu strukturu. U ovom slučaju, teritorija grada je podijeljena na okruge, u svakom od kojih je izgrađena po jedna okružna automatska telefonska centrala (RATS), na koju su priključeni pretplatnici ovog okruga. Pretplatnici u jednom području su povezani preko jednog RATS-a, a pretplatnici iz različitih RATS-a su povezani preko dva. RATS su međusobno povezani povezujućim linijama u opštem slučaju po principu „svaki za svakog“. Ukupan broj zraka između RATS-a jednak je broju RATS/2. Kako se kapacitet mreže povećava, broj magistralnih linija koje međusobno povezuju PATC po principu „svaki do svakog“ počinje naglo da raste, što dovodi do prevelikog povećanja potrošnje kablova i troškova komunikacije, a samim tim i kapaciteta mreže od preko 80 hiljada pretplatnika koristi se dodatni komutacioni čvor. Na takvoj mreži komunikacija između automatskih telefonskih centrala različitih područja odvija se preko čvorova dolaznih poruka (INO), a komunikacija unutar vlastitog čvornog područja (UR) odvija se po principu „svaki svakome“ ili preko svog IMS.

Komutacija kola i paket - to su metode za rješavanje generaliziranog problema komutacije podataka u bilo kojoj mrežnoj tehnologiji.

U posebne probleme podatkovnih mreža spadaju:

• definirati tokove i odgovarajuće rute;
• konfiguracijski parametri rute fiksacije i tablice mrežnih uređaja;
• tokovi prepoznavanja i prijenos podataka između jednog interfejsa uređaja;
• multipleksiranje/demultipleksiranje tokova;
• medij za razdvajanje.

Među mnogim mogućim pristupima rješenju generaliziranog problema komutacije pretplatnika mreže izdvajaju dva osnovna, koja uključuju komutaciju kanala i komutaciju paketa. Postoje tradicionalne primjene svake tehnike komutacije, na primjer, telefonske mreže i dalje se grade i grade korištenjem tehnologije komutacije kola, kompjuterske mreže i velika većina se zasniva na tehnici komutacije paketa.

Stoga, kao protok informacija u mrežama sa komutacijom kola, podaci se razmjenjuju između para pretplatnika. Shodno tome, karakteristika globalnog toka je par adresa (telefonskih brojeva) koje pretplatnici komuniciraju jedni s drugima. Jedna karakteristika mreža sa komutacijom kola je koncept elementarnog kanala.

Elementarni kanal

Elementarni kanal (ili kanal)- je osnovna tehnička karakteristika mreže sa komutacijom kola, koja je fiksirana u okviru datog tipa vrijednosti propusnosti mreže. Svaka veza u mreži sa komutacijom kola ima kapacitet višekanalnog elementa usvojenog za ovu vrstu mreže.

U tradicionalnim telefonskim sistemima vrijednost osnovne brzine kanala je jednaka 64 kbit/s, što je dovoljno za kvalitetan digitalni glas.

Za visokokvalitetan glas koristi se frekvencija kvantizacije amplitude zvučnih vibracija 8000 Hz (vrijeme uzorkovanja 125 ms intervala). Za predstavljanje mjere amplitude najčešće se koristi 8-bitni kod, koji čini gradaciju od 256 tonova (prema vrijednostima uzorkovanja).

U ovom slučaju, za prijenos jednog govornog kanala potrebna je širina pojasa 64 kbit/s:

8000 x 8 = 64000 bita/s ili 64 kbit/s.

Takav govorni kanal naziva se elementarni kanal digitalne telefonske mreže. Karakteristika mreže s komutacijom kola je da širina pojasa svake veze mora biti jednaka cijelom broju elementarnih kanala.

Kompozitni kanal

Komunikacija konstruisana prebacivanjem (povezivanjem) elementarnih kanala, nazvana a kompozitni kanal.

Kompozitni kanal

Svojstva kompozitnog kanala:

• kompozitni kanal po svojoj dužini se sastoji od istog broja elementarnih kanala;
• kompozitni kanal ima konstantan i fiksni propusni opseg cijelom dužinom;
• kompozitni kanal se kreira privremeno za period sesije dva pretplatnika;
• na sesiji svi osnovni kanali koji su uključeni u kompozitni kanal ulaze u ekskluzivnu upotrebu pretplatnika, za koje je kompozitni kanal kreiran;
• tokom komunikacijske sesije pretplatnici mogu slati mrežne podatke brzinom koja ne prelazi kapacitet kanala kompozita;
• podaci primljeni u kompozitnom kanalu, pozvani pretplatnik je zagarantovano isporučen bez kašnjenja, gubitaka i po istoj brzini (izvornoj stopi) bez obzira na to da li je u ovom trenutku u drugoj mrežnoj vezi ili ne;
• nakon završetka sesije osnovni kanali koji su bili uključeni u odgovarajući kompozitni kanal, proglašeni slobodnim i vraćeni u skup resursa koji su dodijeljeni drugim korisnicima.

Veza odbijena

Veza odbijena

Zahtjevi za povezivanje nisu uvijek uspješni.

Ako put između pozivajućeg i pozvanog pretplatnika nema slobodnih kanala ili je pozvani osnovni čvor zauzet, dolazi do kvara u postavljanju veze.

Prednost komutacije kola

Tehnologija komutacije kola ima za cilj minimiziranje slučajnih događaja u mreži, odnosno tehnologiji. Kako bi se izbjegla eventualna neizvjesnost, veliki dio posla na razmjeni informacija obavlja se unaprijed, čak i prije početka prijenosa podataka. Prvo, za datu adresu, dostupnost potrebnih osnovnih kanala sve od pošiljaoca do primaoca. Ali u slučaju pucanja, ovaj pristup je neefikasan, jer 80% vremenskog kanala može biti neaktivan.

Paketna komutacija

Najvažniji princip mreža sa prenosom podataka sa komutacijom paketa se prenosi preko mreže u obliku strukturno odvojenih jedan od drugog komada podataka koji se nazivaju paketi. Svaki paket ima zaglavlje koje sadrži odredišnu adresu i druge prateće informacije (dužina polja podataka, kontrolni zbir i dr.), koje se koriste za isporuku primaocu paketa.

Imati adresu u svakom paketu je jedna od najvažnijih karakteristika tehnologije komutacije paketa, budući da se svaki paket može obraditi nezavisno od drugih komutacionih paketa koji čine mrežni saobraćaj. Pored naslova u paketu može biti jedno dodatno polje koje se postavlja na kraju paketa i tzv. trailer. U trejleru se obično stavlja kontrolni zbir, koji vam omogućava da proverite da li su informacije oštećene tokom prenosa preko mreže ili ne.

Particioniranje podataka u pakete

Particioniranje podataka u pakete odvija se u nekoliko faza. Lančani čvor pošiljaoca generiše prenosne podatke, koji su podeljeni na jednake delove. Nakon toga dolazi do formiranja paketa dodavanjem zaglavlja. I zadnja faza je sastavljanje paketa u originalnu poruku do odredišnog čvora.

Particioniranje podataka u pakete

Prijenos podataka preko mreže kao paket

Mreža za prenos paketa

Kao iu mrežama sa komutacijom kola, mrežama sa komutacijom paketa, za svaki od tokova se određuje ručno ili automatski ruta fiksirana u pohranjenim tabelama za komutacione prekidače. Paketi koji ulaze u komutator se obrađuju i šalju na određenoj ruti

Nesigurnost i asinhrono kretanje podataka u mrežama s komutacijom paketa postavljaju posebne zahtjeve za komutatore u takvim mrežama.

Glavna razlika između paketnog komutatora prekidača u mrežama sa komutacijom kola je u tome što oni imaju internu međuspremnu memoriju za privremeno skladištenje paketa. Preklopni baferi treba da usklade brzinu prenosa podataka u komunikacionim vezama povezanim sa svojim interfejsima, kao i da usklade brzinu prispeća paketa sa njihovom brzinom prebacivanja.

Metode prenosa paketa

Prekidač može raditi na osnovu jedne od tri metode promocije paketa:

• prijenos datagrama;
• Prijelaz na uspostavljanje logičke veze;
• Prelazak na uspostavljanje virtuelnog kanala.

Prijenos datagrama

Transfer datagrama metoda zasnovana na promociji paketa neovisnih jedan od drugog. Procedura obrade paketa određena je samo vrijednostima parametara koje on nosi i trenutnim stanjem mreže. A svaka pojedinačna paketna mreža se smatra potpuno nezavisnom jedinicom prijenosa - datagramom.

Ilustracija principa paketa datagrama

Prijeđite na uspostavljanje logičke veze

Prijeđite na uspostavljanje logičke veze

Procedura za usklađivanje dva krajnja čvora mreže nekih parametara procesa razmjene paketa naziva se uspostavljanjem logičke veze. Opcije koje pregovaraju dva čvora u interakciji, a nazivaju se parametri logičke veze.

Virtuelni kanal

Virtuelni kanal

Jedina unapred postavljena fiksna ruta koja povezuje krajnje čvorove sa mrežom sa komutacijom paketa, koja se naziva virtuelni kanal (virtuelno kolo ili virtuelni kanal). Postavljeni su virtuelni kanali za održiv protok informacija. Da bi se izolovao tok podataka od ukupnog toka saobraćaja svaki paket je označen posebnom vrstom znaka - etikete. Kao i kod uspostavljanja logičke mrežne veze, virtuelni kanal počinje sa brtvom iz izvornog čvora posebnim paketom - zahtjevom za povezivanje.

Mreže za prebacivanje tablica koje koriste virtuelne kanale razlikuje se od komutacijske tablice u datagram mrežama. Sadrži unose koji prolaze samo kroz virtuelne kanale prekidača, a ne sve moguće odredišne ​​adrese, kao što je slučaj u mrežama sa prenosom algoritma datagrama.

Poređenje sklopljenih i paketnih

Prebacivanje kanala	Paketna komutacija
Prvo morate uspostaviti vezu	Nema faze uspostavljanja veze (metoda datagrama)
Lokacija je potrebna samo prilikom uspostavljanja veze	Adresa i druge informacije o uslugama se prenose sa svakim paketom
Mreža može odbiti vezu pretplatniku	Mreža je uvijek spremna za primanje podataka od pretplatnika
Zagarantovana propusnost (propusnost) za pretplatnike u interakciji	Mrežni propusni opseg za korisnike je nepoznat, kašnjenja u prijenosu su nasumična
Saobraćaj u realnom vremenu se prenosi bez odlaganja	Mrežni resursi se efikasno koriste prilikom prenosa brzog saobraćaja
Visoka pouzdanost prenosa	Mogući gubitak podataka zbog prekoračenja bafera
Neracionalno korištenje kapaciteta kanala, smanjujući ukupnu efikasnost mreže	Automatska dinamička alokacija propusnog opsega fizičkog kanala između pretplatnika

Predavanje br. 8

Karakteristike informacionih kanala

Informacioni kanal se takođe može okarakterisati sa tri odgovarajuća parametra: vremenom korišćenja kanala T k, propusni opseg frekvencija koje kanal prenosiFk, i dinamički raspon kanalaDkkarakterišući njegovu sposobnost da prenosi različite nivoe signala.

Količina se zove kapacitet kanal.

Neizobličen prijenos signala moguć je samo ako se jačina signala „uklapa“ u kapacitet kanala.

dakle, opšte stanje koordinacija signala sa kanalom za prenos informacija određena je relacijom

Međutim, relacija izražava neophodan, ali ne i dovoljan uslov za usklađivanje signala sa kanalom. Dovoljan uslov je saglasnost o svim parametrima:

Za informacijski kanal koriste se sljedeći koncepti: brzina unosa informacija, brzina prijenosa informacija i kapacitet kanala.

Pod brzinom unosa informacija (protok informacija) I ( X ) razumjeti prosječnu količinu informacija unesenih iz izvora poruke u informacijski kanal po jedinici vremena. Ova karakteristika izvora poruke određena je samo statističkim svojstvima poruka.

Brzina prijenosa informacija I ( Z , Y ) – prosječna količina informacija koje se prenose putem kanala u jedinici vremena. Zavisi od statističkih svojstava emitovanog signala i od svojstava kanala.

Širina pojasa C – najveća teoretski moguća brzina prijenosa informacija za dati kanal. Ovo je karakteristika kanala i ne zavisi od statistike signala.

Propusnost informacijskog kanala određena je sa dva parametra: dubinom bita i frekvencijom. To je proporcionalno njihovom proizvodu.

Dubina bita je maksimalna količina informacija koja se može istovremeno smjestiti u kanal.

Frekvencija pokazuje koliko puta se informacija može staviti u kanal unutar jedinice vremena.

Kapacitet mail kanala je ogroman. Dakle, kada šaljete, na primjer, laserski disk poštom, možete istovremeno postaviti više od 600 MB informacija u kanal. Istovremeno, frekvencija kanala pošte je vrlo niska - pošta se uklanja iz kutija najviše pet puta dnevno.

Telefonski informativni kanal je jednobitni: istovremeno se duž telefonske žice može poslati ili jedinica (struja, impuls) ili nula. Frekvencija ovog kanala može doseći desetine i stotine hiljada ciklusa u sekundi. Ovo svojstvo telefonske mreže omogućava da se koristi za komunikaciju između računara.

Da bi se informacioni kanal koristio najefikasnije, potrebno je preduzeti mere da se obezbedi da brzina prenosa informacija bude što bliža kapacitetu kanala. Istovremeno, brzina unosa informacija ne bi trebala prelaziti kapacitet kanala, inače se sve informacije neće prenositi preko kanala.

Ovo je glavni uslov za dinamičku koordinaciju izvora poruke i kanala informacija.

Jedno od glavnih pitanja u teoriji prenosa informacija je utvrđivanje zavisnosti brzine i kapaciteta prenosa informacija o parametrima kanala i karakteristikama signala i smetnji. Ova pitanja je prvi duboko proučavao K. Shannon.

1. Metode za povećanje otpornosti na buku

Osnova svih metoda za povećanje otpornosti informacionih sistema na buku je korišćenje određenih razlika između korisnog signala i smetnji. Stoga su za borbu protiv smetnji neophodne a priori informacije o svojstvima smetnje i signala.

Trenutno je poznat veliki broj načina za povećanje otpornosti sistema na buku. Pogodno je ove metode podijeliti u dvije grupe.

Igrupa – na osnovu izbora načina prenosa poruke.

IIgrupa – povezana sa konstrukcijom prijemnika otpornih na buku.

Jednostavan i primjenjiv način za povećanje otpornosti na buku je povećanje omjera signal-šum povećanjem snage predajnika. Ali ova metoda možda neće biti ekonomski isplativa, jer je povezana sa značajnim povećanjem složenosti i cijene opreme. Osim toga, povećanje snage prijenosa je praćeno povećanjem ometajućeg efekta datog kanala na druge.

Važan način za povećanje otpornosti na buku kontinuiranog prijenosa signala je racionalan izbor tipa modulacije signale. Korišćenjem tipova modulacije koji obezbeđuju značajno proširenje frekvencijskog opsega signala, moguće je postići značajno povećanje otpornosti na buku prenosa.

Radikalan način povećanja otpornosti na buku diskretnog prijenosa signala je korištenje specijalni kodovi protiv ometanja . U ovom slučaju, postoje dva načina za povećanje otpornosti kodova na buku:

1. Odabir metoda prijenosa koji pružaju manju vjerovatnoću oštećenja koda;

2. Povećanje korektivnih svojstava kodnih kombinacija. Ovaj put je povezan sa upotrebom kodova koji omogućavaju otkrivanje i eliminisanje izobličenja u kombinacijama kodova. Ova metoda kodiranja povezana je s uvođenjem dodatnih, redundantnih simbola u kod, što je praćeno povećanjem vremena prijenosa ili frekvencije prijenosa kodnih simbola.

Povećana otpornost na buku prijenosa može se postići i ponovnim slanjem iste poruke. Na strani koja prima primljene poruke se upoređuju i one sa najvećim brojem podudaranja se prihvataju kao istinite. Da bi se eliminisala nesigurnost prilikom obrade primljenih informacija i osigurala selekcija prema kriterijumu većine, poruka se mora ponoviti najmanje tri puta. Ova metoda povećanja otpornosti na buku povezana je s povećanjem vremena prijenosa.

Sistemi sa ponovljenim prenosom diskretnih informacija dijele se na sisteme sa grupnim sumiranjem, u kojima se poređenje vrši kombinacijama koda, i sisteme sa zbrajanjem karakter po znak, u kojima se poređenje vrši simbolima kodnih kombinacija. Provjera karaktera po znak je efikasnija od grupne provjere.

Tip sistema u kojem se povećana otpornost na buku postiže povećanjem vremena prenosa su sistemi sa povratne informacije. Ako postoje izobličenja u poslanim porukama, informacije koje stižu obrnutim kanalom osiguravaju da se prijenos ponovi. Prisustvo povratnog kanala dovodi do složenosti sistema. Međutim, za razliku od sistema sa ponavljanjem prenosa, u sistemima sa povratnom spregom ponavljanje prenosa će se odvijati samo ako se detektuju izobličenja u prenošenom signalu, tj. čini se da je redundancija manje generalno.

Prijem otporan na buku sastoji se od upotrebe redundantnosti, kao i apriornih informacija o signalima i smetnjama, kako bi se problem prijema riješio na optimalan način: otkrivanje signala, razlikovanje signala ili vraćanje poruka. Trenutno se aparat statističke teorije odlučivanja široko koristi za sintezu optimalnih prijemnika.

Greške prijemnika se smanjuju kako se povećava odnos signal-šum na ulazu prijemnika. U tom smislu, primljeni signal se često prethodno obrađuje kako bi se povećao omjer korisne komponente i smetnje. Takve metode predprocesiranja signala uključuju SHOW metodu (kombinaciju širokopojasnog pojačala, limitera i uskopojasnog pojačala), odabir signala po trajanju, metodu kompenzacije smetnji, metodu filtriranja, metodu korelacije, metodu akumulacije itd.

2. Savremena tehnička sredstva za razmjenu podataka i oprema za formiranje kanala

Prijemnik može biti kompjuter, terminal ili neka vrsta digitalnog uređaja.

Da bi se osigurao prijenos informacija sa računara na komunikaciju

To može biti datoteka baze podataka, tabela, odgovor na upit, tekst ili slika.

Za prijenos poruka u kompjuterskim mrežama koriste se različite vrste komunikacijskih kanala. Najčešći su namjenski telefonski kanali i posebni kanali za prijenos digitalnih informacija. Koriste se i radio kanali i satelitski komunikacijski kanali.

LAN-ovi se izdvajaju po ovom pitanju, gdje se žice upredene parice, koaksijalni kabel i optički kabel koriste kao prijenosni medij.

Da bi se osigurao prijenos informacija iz računara u komunikacijsko okruženje, potrebno je uskladiti signale internog interfejsa računara sa parametrima signala koji se prenose komunikacijskim kanalima. U ovom slučaju mora se izvršiti i fizičko usklađivanje (oblik, amplituda i trajanje signala) i kodno podudaranje.

Zovu se tehnički uređaji koji obavljaju funkcije povezivanja računara sa komunikacijskim kanalima adapteri ili mrežni adapteri. Jedan adapter omogućava uparivanje sa računarom jednog komunikacionog kanala. Pored jednokanalnih adaptera, koriste se i višekanalni uređaji - multipleksori za prenos podataka ili jednostavno multipleksori.

Multiplekser za prenos podataka – uređaj za povezivanje računara sa više komunikacionih kanala.

Multiplekseri za prenos podataka korišćeni su u sistemima za teleprocesiranje - prvi korak ka stvaranju računarskih mreža. Kasnije, s pojavom mreža složenih konfiguracija i velikog broja pretplatničkih sistema, počeli su se koristiti posebni komunikacijski procesori za implementaciju funkcija sučelja.

Kao što je ranije spomenuto, da bi se digitalne informacije prenijele preko komunikacijskog kanala, potrebno je tok bitova pretvoriti u analogne kanale, a kada primate informacije iz komunikacijskog kanala u računar, izvršiti suprotnu radnju - pretvoriti analogne signale u tok bitova koje računar može obraditi. Takve transformacije se izvode posebnim uređajem - modem.

Modem– uređaj koji vrši modulaciju i demodulaciju informacijskih signala prilikom njihovog prenosa sa računara na komunikacioni kanal i kada ih prima u računar iz komunikacijskog kanala.

Najskuplja komponenta računarske mreže je komunikacioni kanal. Stoga, prilikom izgradnje većeg broja računalnih mreža, pokušavaju uštedjeti na komunikacijskim kanalima prebacivanjem više internih komunikacijskih kanala na jedan eksterni. Za obavljanje funkcija prebacivanja koriste se posebni uređaji - čvorišta.

Hub– uređaj koji prebacuje više komunikacijskih kanala u jedan putem frekvencijske podjele.

U LAN-u, gdje je fizički medij za prijenos kabel ograničene dužine, koriste se posebni uređaji za povećanje dužine mreže - repetitori.

Repeater– uređaj koji osigurava očuvanje oblika i amplitude signala kada se prenosi na daljinu veću od one koju pruža ova vrsta fizičkog medija za prijenos.

Postoje lokalni i daljinski repetitori. Lokalno repetitori vam omogućavaju povezivanje fragmenata mreže koji se nalaze na udaljenosti do 50 m, i daljinski– do 2000 m.

Najčešći tipovi mrežnih topologija:

Linearna mreža. Sadrži samo dva krajnja čvora, bilo koji broj međučvorova i ima samo jednu putanju između bilo koja dva čvora.

Mreža zvona. Mreža u kojoj svaki čvor ima dvije i samo dvije grane povezane na njega.

Mreža drveća. Mreža koja sadrži više od dva krajnja čvora i najmanje dva posredna čvora i u kojoj postoji samo jedan put između dva čvora.

Star network. Mreža u kojoj postoji samo jedan međučvor.

mesh mreža. Mreža koja sadrži najmanje dva čvora koji imaju dvije ili više staza između sebe.

Potpuno povezana mreža. Mreža u kojoj postoji grana između bilo koja dva čvora. Najvažnija karakteristika računarske mreže je njena arhitektura.

Mrežna arhitektura - ovo je implementirana struktura mreže za prijenos podataka koja je definira topologija, sastav uređaja I pravila za njihovu interakciju na mreži. U okviru mrežne arhitekture razmatraju se pitanja kodiranja informacija, njihovog adresiranja i prenosa, kontrole toka poruka, kontrole grešaka i analize rada mreže u vanrednim situacijama i kada se performanse pogoršavaju.

Najčešće arhitekture:

• Ethernet(engleski) eter- broadcast) - mreža za emitovanje. To znači da sve stanice na mreži mogu primati sve poruke. Topologija - linearna ili u obliku zvijezde. Brzina prijenosa podataka 10 ili 100 Mbit/s.
• Arcnet (Računarska mreža priloženih resursa- računarska mreža povezanih resursa) - mreža emitovanja. Fizička topologija - stablo. Brzina prijenosa podataka 2,5 Mbit/s.
• Token Ring(relay ring network, token passing network) - prstenasta mreža u kojoj se princip prijenosa podataka zasniva na činjenici da svaki prstenasti čvor čeka na dolazak nekog kratkog jedinstvenog niza bitova - marker- iz susjednog prethodnog čvora. Dolazak tokena ukazuje da je moguće prenijeti poruku iz ovog čvora dalje duž toka. Brzina prijenosa podataka 4 ili 16 Mbit/s.
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - mrežna arhitektura za brzi prijenos podataka preko optičkih linija. Brzina prijenosa - 100 Mbit/sec. Topologija - dvostruki prsten ili mješovita (uključujući podmreže zvijezda ili stabla). Maksimalan broj stanica u mreži je 1000. Vrlo visoka cijena opreme.
• ATM (Asinhroni način prijenosa) - obećavajuća, ali vrlo skupa arhitektura, osigurava prijenos digitalnih podataka, video informacija i glasa preko istih linija. Brzina prijenosa do 2,5 Gbps. Optičke komunikacijske linije.

Hardver računarske mreže.

1.Computers;

2. Uređaji za povezivanje računara sa komunikacionim kanalom;

3. Komunikacijski kanali

4. Uređaji koji povezuju (prekidaju) komunikacione kanale

5. Uređaji koji povezuju lokalne mreže.

Uređaji za povezivanje računara na komunikacioni kanal

Da bi se osigurao prijenos informacija iz računara u komunikacijsko okruženje, potrebno je uskladiti signale internog interfejsa računara sa parametrima signala koji se prenose komunikacijskim kanalima.

• Tehnički uređaj koji obavlja funkciju uparivanja računara sa komunikacijskim kanalom naziva se adapter , ili mrežni adapter. Jedan adapter omogućava uparivanje sa računarom jednog komunikacionog kanala.
• Pored jednokanalnih adaptera, koriste se i višekanalni interfejs uređaji - multiplekseri. Multiplekseri – Ovo je uređaj za povezivanje elektronskih uređaja sa više komunikacijskih kanala.
• Za prijenos digitalnih informacija, tok bitova se mora pretvoriti u analogni signal. I kada primate, izvršite obrnutu transformaciju. Modem obavlja takve konverzije. Modem – uređaj koji modulira i demodulira informacijske signale prilikom njihovog prijenosa s računala na komunikacijski kanal i kada ih prima iz komunikacijskog kanala u računalo.

Mrežni kablovi

• (koaksijalni , koji se sastoji od dva koncentrična provodnika izolirana jedan od drugog, od kojih vanjski ima izgled cijevi;
• optička vlakna ;
• kablovi uključeni upredeni parovi formirane od dvije žice isprepletene jedna s drugom itd.).

Uređaji koji povezuju (prekidaju) komunikacione kanale

Najskuplja komponenta aviona je komunikacioni kanal. Stoga, prilikom izgradnje računalnih mreža, pokušavaju uštedjeti na komunikacijskim kanalima prebacivanjem više internih komunikacijskih kanala na jedan eksterni. Za obavljanje funkcije prebacivanja koriste se posebni uređaji - čvorišta.

• Čvorišta (čvorišta) I razvodna čvorišta (prekidači) proširiti topološke, funkcionalne i brzinske mogućnosti računarskih mreža. Čvorište sa skupom različitih tipova portova omogućava kombinuju mrežne segmente sa različitim kablovskim sistemima . Možete povezati ili poseban mrežni čvor ili drugi čvorište ili segment kabela na priključak čvorišta.
• U LAN-u gdje je prijenosni medij kabel ograničene dužine, za povećanje dužine mreže koriste se posebni uređaji - repetitori. Repeater – uređaj koji osigurava očuvanje oblika i amplitude signala kada se prenosi na daljinu veću od one koju pruža ova vrsta fizičkog medija za prijenos. Lokalni repetitor povezuje fragmente mreže do 50 m, a daljinski repetitor – do 2000 m.

Veze lokalne mreže

Za povezivanje lokalnih mreža koriste se sljedeći uređaji koji se razlikuju po namjeni i mogućnostima:

· Most (engleski) Most) - povezuje dvije lokalne mreže. Prenosi podatke između mreža u obliku paketa bez ikakvih promjena. mostovi mogu filter pakete, štiteći cijelu mrežu od lokalnih tokova podataka i omogućavajući prolaz samo podacima koji su namijenjeni drugim segmentima mreže.

· Router (engleski) Router) povezuje mreže sa zajedničkim protokolom efikasnije od mosta. Omogućava, na primjer, velike poruke da se podijele na manje dijelove, čime se osigurava interakcija lokalnih mreža s različitim veličinama paketa.

Ruter može proslijediti pakete na određenu adresu (mostovi samo filtriraju nepotrebne pakete), odabrati najbolju putanju za paket i još mnogo toga. Što je teže i više mreže, veća je korist od korištenja rutera.

· Most ruter (engleski) Brouter) je hibrid most/ruter koji prvo pokušava usmjeravanje gdje je to moguće, a zatim prelazi u režim mosta ako to ne uspije.

· Gateway (engleski) GateWay), za razliku od mosta, koristi se u slučajevima kada povezane mreže imaju razni mrežni protokoli . Poruka iz jedne mreže koja stiže na gateway pretvara se u drugu poruku koja ispunjava zahtjeve sljedeće mreže. Dakle, gateway-i ne povezuju samo mreže, već im omogućavaju da rade kao jedna mreža.

Mrežni protokoli

Pojedinačni dijelovi Interneta su mreže različitih arhitektura koje međusobno komuniciraju pomoću rutera. Preneseni podaci se dijele na male dijelove koji se nazivaju paketi. Svaki paket putuje kroz mrežu nezavisno od drugih paketa.

Prevladati nekompatibilnost interfejsa pojedinačni računari razvijaju posebne standarde zvane komunikacioni protokoli.

Komunikacijski protokol je dogovoreni skup posebnih pravila za razmjenu informacija između različitih uređaja za prijenos podataka. Postoje protokoli za brzinu prijenosa, formate podataka, kontrolu grešaka itd.

Mreže na Internetu su neograničeno komutirane (tj. komuniciraju) jedna s drugom, jer svi računari uključeni u prijenos podataka koriste jedan komunikacioni protokol, TCP/IP (čitaj “TCP/IP”).

TCP/IP su zapravo dva različita protokola koji definiraju različite aspekte prijenosa podataka na mreži:

• TCP (Transmission Control Protocol) - protokol kontrole prijenosa podataka koji koristi automatski ponovni prijenos paketa koji sadrže greške; ovaj protokol je odgovoran za razbijanje prenesenih informacija u pakete i ispravno vraćanje informacija iz paketa primatelja;
• IP (Internet Protocol) je mrežni protokol odgovoran za adresiranje i omogućavanje prolaska paketa kroz više mreža na svom putu do konačnog odredišta.

Šema za prenos informacija putem TCP/IP protokola je sljedeća: TCP protokol razbija informacije u pakete i numeriše sve pakete; zatim se putem IP protokola svi paketi prenose primaocu, pri čemu se pomoću TCP protokola provjerava da li su svi paketi primljeni; Nakon što primi sve pakete, TCP protokol ih postavlja pravim redosledom i skuplja u jednu celinu.

Iznad smo razgovarali s vama da se Internet sastoji od velikog broja računara, od kojih se neki mogu povezati samo privremeno, dok drugi imaju stalnu mrežnu IP adresu (host). Razlika između mreže i World Wide Web je da početnu tačku uzima samo ona na kojoj je instaliran poseban program za podršku WWW serveru. Najčešće se takav računar naziva "server".

Kako paket pronalazi svog primaoca??

Svaki računar povezan na Internet ima dvije ekvivalentne jedinstvene adrese: digitalnu IP adresu i simboličku adresu domene. Dodjela adresa se odvija prema sljedećoj shemi: međunarodna organizacija Mrežni informativni centar izdaje grupe adresa vlasnicima lokalnih mreža, a oni po svom nahođenju distribuiraju određene adrese.

IP adresa računara je duga 4 bajta. Tipično, prvi i drugi bajt definišu mrežnu adresu, treći bajt definiše adresu podmreže, a četvrti bajt definiše adresu računara u podmreži. Radi praktičnosti, IP adresa je napisana kao četiri broja sa vrijednostima od 0 do 255, odvojenim tačkama, na primjer: 145.37.5.150. Mrežna adresa - 145.37; adresa podmreže - 5; adresa računara u podmreži je 150.

Internet

Da bi se osigurao prijenos informacija iz računara u komunikacijsko okruženje, potrebno je uskladiti signale internog interfejsa računara sa parametrima signala koji se prenose komunikacijskim kanalima. U ovom slučaju mora se izvršiti i fizičko usklađivanje (oblik, amplituda i trajanje signala) i kodno podudaranje.

Zovu se tehnički uređaji koji obavljaju funkcije povezivanja računara sa komunikacijskim kanalima adanters ili mrežni adapteri. Jedan adapter omogućava uparivanje sa računarom jednog komunikacionog kanala.

Pored jednokanalnih adaptera, koriste se i višekanalni uređaji - multipleksori za prenos podataka ili jednostavno multipleksori.

Multiplekser za prenos podataka– uređaj za povezivanje računara sa više komunikacionih kanala.

Multiplekseri za prenos podataka korišćeni su u sistemima za teleprocesiranje - prvi korak ka stvaranju računarskih mreža. Kasnije, s pojavom mreža složenih konfiguracija i velikog broja pretplatničkih sistema, počeli su se koristiti posebni komunikacijski procesori za implementaciju funkcija sučelja.

Kao što je ranije spomenuto, za prijenos digitalnih informacija putem komunikacijskog kanala, potrebno je pretvoriti tok bitova u analogne signale, a kada primate informacije iz komunikacijskog kanala do računara, izvršiti suprotnu radnju - pretvoriti analogne signale u tok bitove koje računar može obraditi. Takve transformacije se izvode posebnim uređajem - modem.

Modem– uređaj koji modulira i demodulira informacijske signale prilikom njihovog prijenosa s računala na komunikacijski kanal i kada ih prima iz komunikacijskog kanala u računalo.

Najskuplja komponenta računarske mreže je komunikacioni kanal. Stoga, prilikom izgradnje većeg broja računalnih mreža, pokušavaju uštedjeti na komunikacijskim kanalima prebacivanjem više internih komunikacijskih kanala na jedan eksterni. Za obavljanje funkcija prebacivanja koriste se posebni uređaji - čvorišta.

Hub– uređaj koji prebacuje više komunikacijskih kanala u jedan putem frekvencijske podjele.

U LAN-u, gdje je fizički medij za prijenos kabel ograničene dužine, koriste se posebni uređaji za povećanje dužine mreže - repetitori.

Repeater– uređaj koji osigurava očuvanje oblika i amplitude signala kada se prenosi na daljinu veću od one koju pruža ova vrsta fizičkog medija za prijenos.

Postoje lokalni i daljinski repetitori. Lokalno repetitori vam omogućavaju da povežete fragmente mreže koji se nalaze na udaljenosti do 50m, i daljinski– do 2000 m.

Navedite i definirajte karakteristike komunikacione mreže (brzina prijenosa podataka, kapacitet komunikacijskog kanala, itd.). Zašto bi protok mogao biti manji od brzine prijenosa podataka? Za šta se koriste servisni bitovi? Koja je pouzdanost prenesenih informacija?

Za procjenu kvalitete komunikacijske mreže možete koristiti sljedeće karakteristike:

§ brzina prenosa podataka preko komunikacionog kanala;

§ kapacitet komunikacionog kanala;

§ pouzdanost prenosa informacija;

§ pouzdanost komunikacionog kanala i modema.

Brzina prijenosa podataka preko komunikacijskog kanala mjeri se brojem bitova informacija koje se prenose u jedinici vremena - sekundi.

Zapamtite! Jedinica za brzinu prijenosa podataka je bit u sekundi.

Bilješka. Uobičajena jedinica za mjerenje brzine je baud. Baud je broj promjena stanja medija za prijenos u sekundi. Budući da svaka promjena stanja može odgovarati nekoliko bitova podataka, stvarna brzina bitova u sekundi može biti veća od brzine prijenosa.

Brzina prenosa podataka zavisi od vrste i kvaliteta komunikacionog kanala, tipa modema koji se koristi i usvojenog metoda sinhronizacije.

Tako je za asinhrone modeme i telefonski komunikacioni kanal opseg brzine 300 - 9600 bps, a za sinhrone modeme - 1200 - 19200 bps.

Za korisnike računarskih mreža nisu bitni apstraktni bitovi u sekundi, već informacija čija su mjerna jedinica bajtovi ili karakteri. Stoga je zgodnija karakteristika kanala njegova propusnost, koji se procjenjuje brojem znakova koji se prenose kanalom u jedinici vremena - sekundi. U tom slučaju, svi uslužni karakteri su uključeni u poruku. Teoretska propusnost je određena brzinom prijenosa podataka. Stvarna propusnost zavisi od brojnih faktora, uključujući način prenosa, kvalitet komunikacionog kanala, njegove radne uslove i strukturu poruke.

Zapamtite! Mjerna jedinica za kapacitet komunikacionog kanala je broj u sekundi.

Bitna karakteristika svakog mrežnog komunikacionog sistema je pouzdanost prenesene informacije. Budući da se na osnovu obrade informacija o stanju kontrolnog objekta donose odluke o jednom ili drugom toku procesa, sudbina objekta u konačnici može zavisiti od pouzdanosti informacija. Pouzdanost prenosa informacija ocjenjuje se kao omjer broja pogrešno prenesenih znakova i ukupnog broja prenesenih znakova. I oprema i komunikacijski kanal moraju obezbijediti potreban nivo pouzdanosti. Neprikladno je koristiti skupu opremu ako komunikacioni kanal ne ispunjava potrebne zahtjeve u pogledu nivoa pouzdanosti.

Zapamtite! Jedinica mjerenja pouzdanosti: broj grešaka po znaku - greške/znaku.

Za računarske mreže, ovaj indikator bi trebao biti unutar 10 -6 –10 -7 grešaka/znak, tj. Jedna greška je dozvoljena na milion prenetih znakova ili na deset miliona prenetih znakova.

konačno, pouzdanost komunikacioni sistem je određen ili udjelom vremena u dobrom stanju u ukupnom vremenu rada, ili prosječnim vremenom između kvarova. Druga karakteristika vam omogućava da efikasnije procijenite pouzdanost sistema.

Zapamtite! Jedinica mjerenja pouzdanosti: prosječno vrijeme između kvarova – sat.

Za računarske mreže, srednje vrijeme između kvarova mora biti prilično veliko i iznositi najmanje nekoliko hiljada sati.

Šta je digitalni (uskopojasni) prijenos podataka? Šta je širokopojasni (analogni) prijenos podataka? Koje su prednosti i mane svakog od njih? Šta je adapter? Koji su načini za prijenos digitalnih informacija preko analognog kanala? Navedite različite vrste modulacije i objasnite svaku od njih (sa objašnjenjima i primjerima).

Postoje 2 glavne tehnologije prenosa podataka:

širokopojasni prijenos (analogni)

uskopojasni prijenos (za digitalne signale)

Širokopojasni prijenos se zasniva na korištenju valova koji se stalno mijenjaju za prijenos informacija kroz komunikacijski kanal. Obično se predstavljaju kao sinusna funkcija i stoga se nazivaju sinusnim valom.

Može se opisati sljedećim parametrima:

frekvencija - predstavlja niz prelazaka koji čine jedan ciklus (srednja tačka, gornji ekstrem, srednja tačka, donji ekstrem, srednja tačka). Broj takvih ciklusa u jednoj sekundi naziva se frekvencija sinusnog vala. Mjereno u ciklusima u sekundi ili hercima.

amplituda - predstavlja relativnu udaljenost između ekstrema talasa.

faza jednog sinusnog talasa se meri u odnosu na drugi sinusni talas (referentni) i izražava se kao ugaoni pomak između dva talasa. Izraz “dva sinusna talasa su van faze za 180 stepeni” znači da u istom trenutku jedan od talasa dostigne svoj maksimum, a drugi svoj minimum.

Uskopojasni prijenos:

polarno kodiranje. Zasnovano na korištenju diskretnih stanja komunikacijskog kanala za prijenos informacija kroz njega. Ova diskretna stanja se obično predstavljaju kao neka vrsta impulsa (obično napona) i nazivaju se kvadratnim talasom. Razvijene su mnoge šeme digitalnog predstavljanja signala ili digitalnog kodiranja. Digitalna je predstavljena naponom od +12V, a digitalna nula je predstavljena naponom od -12V.

unipolarno kodiranje.

bipolarno kodiranje (povratak na nulu). Digitalne nule su predstavljene odsustvom napona, a digitalne su predstavljene impulsima od 3 volta koji generišu znak.

Potencijalno kodiranje - nivo signala u određenim vremenskim trenucima je informativan.

Stream kodiranje - prisustvo ili odsustvo struje u liniji je informativno.

Mreže koriste potencijalno kodiranje.

Ako se digitalni podaci trebaju prenijeti preko analogne dalekovode, potreban je mehanizam za predstavljanje digitalnih podataka u obliku sinusnog vala koji ukazuje na prisutnost jedinica i nula.

Ako se vrši manipulacija amplitudom, onda je to amplitudna modulacija.

Frekvencija - frekvencijska modulacija.

Fazno - fazna modulacija.

Naizmjenična struja se koristi za prijenos podataka, posebno preko telefonskih linija. Kontinuirani signal na frekvenciji između 1000 i 2000 Hz naziva se nosiva frekvencija sinusnog vala.

Amplituda, frekvencija i faza nosioca mogu se mijenjati (modulirati) za prijenos informacija.

Kod amplitudske modulacije koriste se 2 različite amplitude signala, koje odgovaraju vrijednostima 0 i 1 (Sl. B. Amplituda je ili nula ili nije nula).

Frekvencijska modulacija koristi nekoliko različitih frekvencija za prijenos digitalnog signala (slika B).

Kod najjednostavnije fazne modulacije, fazni pomak noseće frekvencije se primjenjuje za 180 stepeni u određenim vremenskim intervalima (slika D). Dva stanja su kodirana prisustvom ili odsustvom faznog pomaka na granici svakog bita.

Uređaj koji prima serijski tok bitova i pretvara ga u izlazni signal moduliran jednom ili više od gore navedenih metoda, a također izvodi inverzne konverzije, naziva se modem. Instalira se između digitalnog računara i analogne telefonske linije. Svi dobri modemi koriste kombinovane metode modulacije signala za prenos maksimalna količina bit.

Poređenje širokopojasnog i uskopojasnog prijenosa signala.

Telefonska linija - širokopojasna komunikacijska linija.

T1 linija je uskopojasni kanal.

Shodno tome, prenesene informacije mogu biti i analogne i digitalne.

Postoje 2 vrste opreme:

DTE - terminalna oprema.

DCE - telekomunikaciona oprema.

DTE generiše informacije u obliku podataka koji se mogu prenijeti komunikacijskim kanalom. Može biti digitalni i analogni.

DCE prima podatke od DTE-a u svom formatu i pretvara ih u format kompatibilan sa postojećom komunikacijskom vezom.

Šema kodiranja:

Na slici je prikazana matrica od 4 elementa. Stupci definiraju prirodu komunikacijskih veza, a redovi definiraju tip informacija koje generiše DTE uređaj.

I kvadrant. Informacije u analognom obliku moraju se prenositi putem širokopojasnog kanala (govor se prenosi preko telefonske linije (audio signal (DTE) -> mikrofon (DCE) -> analogni signal)).

II kvadrant. Digitalne informacije moraju se prenositi preko analognog kanala. Šema konverzije: PC (DTE) -> modem (DCE) -> analogni kanal.

III kvadrant. Analogni tok informacija mora se prenositi digitalnim kanalom. Video informacije (DTE) -> kodek (DCE) -> digitalna linija T1.

IV kvadrant. Digitalne informacije moraju se prenositi preko digitalne linije. Pretvara se iz šeme kodiranja signala koju koristi DTE u šemu koju koristi veza.

Na primjer, RS-232 (COM port) koristi shemu kodiranja polarnog signala, a komunikacioni kanal koristi BPRZ kodiranje, koje se razlikuje od prethodnog. DCE koji izvodi ovu konverziju naziva se jedinica usluge kanala i podataka (CSU/DSU).

DCE oprema igra važnu ulogu u implementaciji fizičkog sloja. Koristeći različite vrste DCE funkcija, bilo koja informacija (analogna ili digitalna) može se staviti u oblik kompatibilan sa bilo kojim kanalom komunikacije (uskopojasni ili širokopojasni).

Modulacija (lat. modulatio - dimenzija, dimenzija) je proces promjene jednog ili više parametara visokofrekventne modulirane oscilacije prema zakonu niskofrekventne informacijske poruke (signala). Kao rezultat toga, spektar kontrolnog signala se prenosi u visokofrekventno područje, jer je za efikasno emitovanje u svemir neophodno da svi prijemni i odajni uređaji rade na različitim frekvencijama i da se međusobno ne „ometaju“. Ovo je proces “slijetanja” informacijske oscilacije na a priori poznati nosač. Prenesene informacije sadržane su u kontrolnom signalu. Ulogu nosioca informacija obavlja visokofrekventna oscilacija koja se naziva noseći talas. Kao nosilac se mogu koristiti oscilacije raznih oblika (pravougaone, trouglaste itd.), ali se najčešće koriste harmonijske oscilacije. U zavisnosti od toga koji se od parametara oscilacije nosioca menja, razlikuje se tip modulacije (amplituda, frekvencija, faza itd.). Modulacija sa diskretnim signalom naziva se digitalna modulacija ili keying.

Analogna modulacija

Amplitudna modulacija (AM)

Amplitudna modulacija sa jednim bočnim pojasom (SSB - single sideband AM)

Balansirana amplitudna modulacija (BAM) - AM sa potiskivanjem nosioca

Kvadraturna modulacija(QAM)

Ugaona modulacija

Frekvencijska modulacija (FM)

Linearna frekvencijska modulacija (čir)

Fazna modulacija (PM)

Signal Code Modulation (SCM), u engleskoj verziji Signal Code Modulation (SCM)

Sigma-delta modulacija (∑Δ)

Digitalna modulacija

Pulsna modulacija

Impulsna kodna modulacija (PCM ili impulsno kodna modulacija)

Modulacija širine impulsa (PWM)

Impulsna amplitudna modulacija (PAM)

Modulacija pulsne frekvencije (PFM)

Impulsna fazna modulacija (PPM)